Download (9Mb) - tuprints

1.05
1.04
Experiment
CFD
1.03
T t / T t,Ref
1.02
1.01
1
0.99
0% 20% 40% 60% 80% 100%
H
Abbildung 10.5.: Radiale Verteilungen der Stator-Austrittstotaltemperatur im Auslegungspunkt
achsensymmetrischen Endwandkonturierung in Statoren wird dadurch aufgrund ihres generischen
Charakters nicht berührt. Insbesondere für die in Abschnitt 15 vorgestellte Untersuchung
zur Gehäusestrukturierung ist eine genauere Bewertung der Simulationen mit einem Fokus auf
den Rotor sinnvoll. Wie bereits erwähnt, weichen der vorhergesagte und experimentell ermittelte
Pumpgrenzabstand um 1,8 % voneinander ab, was einen akzeptablen Wert darstellt. Weitere
Aspekte zum Verhalten des Rotors sollen in den folgenden Abschnitten diskutiert werden.
Die radiale Verteilung des Arbeitseintrages des Rotors kann anhand von Abb. 10.5 beurteilt
werden. Der Graph zeigt einen Vergleich der radialen Totaltemperaturprofile von Experiment
und Simulation in der Stator-Austrittsebene. Da der Stator keine Änderung der Totaltemperatur
hervorruft, kann dieses Profil auch als für den Rotor-Austritt gültig betrachtet werden. Der
Betriebspunkt entspricht dem in Abb. 10.2 markierten Auslegungspunkt. Ausgehend von den
äußersten Messpositionen bei 6 % bis 94 % der Kanalhöhe wurde das experimentelle Profil extrapoliert,
da in unmittelbarer Wandnähe keine Messwerte vorlagen. Der Plot verdeutlicht, dass
die Übereinstimmung von Experiment und Simulation von der Nabe bis etwa 75 % der Kanalhöhe
innerhalb der Messgenauigkeit liegt. Lediglich in Gehäusenähe sind einige Unterschiede
zu verzeichnen. Dieser durch die gehäusenahe Sekundärströmung dominierte Bereich mit erhöhtem
Temperaturanstieg zeigt in der Simulation einen steileren Gradienten, aber auch eine
geringere radiale Erstreckung als die Testergebnisse. In der Literatur finden sich Hinweise, dass
dieses „Überschießen“ des simulierten Temperaturverlaufes zu einem großen Teil auf die Annahme
einer adiabaten Wand zurückgeführt werden kann [179]. Wie schon der steilere Verlauf
der Charakteristik ist dies ein für die verwendete Modellierung typisches Resultat.
Für die Analyse des Strömungsfeldes an der Rotorspitze bei hohen Drosselgraden wurden die
statischen Gehäusedruckverteilungen über dem Rotor herangezogen. Die experimentellen Daten
wurden mit Hilfe der statischen Druckaufnehmer im Gehäuse gewonnen. Da die entsprechenden
Betriebspunkte zwar bei Auslegungsdrehzahl, aber nicht bei nominaler IGV-Stellung vorlagen,
wurden Simulationen bei der dem Experiment entsprechenden IGV-Stellung durchgeführt und
ausgewertet. Der Vergleich zwischen den resultierenden Totaldruckverhältnis-Charakteristiken
ist in Abb. 10.6a gezeigt. Da der Fokus auf dem Rotor liegt, wurde die hintere Bilanzebene
in die Rotor-Austrittsebene gelegt. Die Massenstromfunktion in der Rotor-Austrittsebene diente
als Durchsatzparameter. Die den in Abb. 10.6b und 10.6c gezeigten Verteilungen des statischen
52 10. Verdichter