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(a) Experiment, Messrechen 1 (b) Experiment, Messrechen 2
(c) CFD
P t / P t,Re f
1.045
1.00
0.95
0.90
0.880
Abbildung 10.4.: Totaldrucktraversen im Stator-Austritt für den Auslegungspunkt
Bandbreite von etwa 1,6 % um den Mittelwert zu beobachten. Bei 30 % der Kanalhöhe befindet
sich der Maximalwert des Totaldruckes. Hin zu den Rändern fällt der Totaldruck ab.
Eine genauere Betrachtung der Unterschiede kann anhand der flächigen Totaldruckverteilungen
in der Stator-Austrittsebene erfolgen, welche während der Kennfeldmessungen durch Umfangstraversierung
von IGV und Stator relativ zu den beiden Totaldruck-Messrechen erstellt wurden.
Ein Vergleich der Messergebnisse beider Rechen mit den CFD-Resultaten ist in Abb. 10.4 gezeigt.
Der Betriebspunkt ist identisch zu dem in Abb. 10.3b. Obwohl die Traversierung bzw. Simulation
nur für jeweils eine Stator-Teilung erfolgte, sind zur Visualisierung der Periodizität zwei
Passagen gezeigt. Die statischen Wandddruckmessungen erfolgten an einer anderen Umfangsposition
als die Totaldruckmessungen und sind daher nicht enthalten. Die Abbildungen geben
daher nur die Kanalhöhen von 6 % bis 94 % wieder. In Abb. 10.4a und 10.4b sind die einzelnen
Messpositionen anhand eines Rasters visualisiert.
Aus Abb. 10.4 wird deutlich, dass der in Abb. 10.3b für die experimentellen Daten beobachtete
niedrige Totaldruck auf den Stator zurückzuführen ist. Im Vergleich zur Simulation ist
der Nachlauf bis etwa 20 % der Kanalhöhe aufgedickt und weist auf ein Gebiet mit erhöhten
Druckverlusten hin, welches sich nahe der Schaufelsaugseite befindet. Diese Verluste sind in der
Simulation nicht zu finden und waren bei einer früheren Messkampagne sogar noch wesentlich
stärker ausgeprägt. Eine eingehende Untersuchung wurde durchgeführt, um festzustellen, ob
beispielsweise das Rechennetz, das Turbulenzmodell, der verwendete Strömungslöser oder die
Nichteinbeziehung der Prüfstandsgeometrie stromab des Stators ursächlich für die beobachteten
Unterschiede zwischen Simulation und Experiment waren. Die Studie ergab, dass bestimmte
Aspekte der realen Verdichtergeometrie wie die Kavität zwischen Rotor und Stator, lokale Leckageströme
in Axial- und Umfangsrichtung sowie konstruktionsbedingte Stufen und Unebenheiten
im Annulus als Ursache für dieses Resultat zu betrachten sind. Diese Details sind im zur Auslegung
des Verdichters genutzten CFD-Modell nicht enthalten, da ihr Einfluss auf den Stator
erst nach Abschluss der Messkampagne deutlich wurde. Durch entsprechende Berücksichtigung
bei der Modellierung hätte eine bessere Übereinstimmung erzielt werden können. Da aber für
die im Rest der vorliegenden Arbeit vorgestellten Ergebnisse der Auslegungsstandard des CFD-
Modells genutzt wurde, soll an dieser Stelle auch nur ein Vergleich mit dem entsprechenden
Modell erfolgen. Die Relevanz der in Abschnitt 12 diskutierten Ergebnisse der Studie zur nicht-
10.1. 1,5-stufiger Forschungsverdichter 51