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Referenz-Stator ohne Konturierung<br />
Referenz-Stator mit Konturierung<br />
Mod. Stator ohne Konturierung<br />
Mod. Stator mit Konturierung<br />
0.05<br />
ξ<br />
0% 20% 40% 60% 80% 100%<br />
H<br />
Abbildung 12.8.: Totaldruckverlust im Auslegungspunkt mit und ohne Konturierung für beide<br />
Statorvarianten<br />
die gesamte Charakteristik hinweg. Bei Auslegungsmassenstrom beträgt der Wirkungsgradverlust<br />
0,9 % ∆η p . Beim Vergleich der Charakteristiken des modifizierten Stators mit und ohne<br />
Konturierung wird deutlich, dass die Konturierung hier einen wesentlich größeren Effekt hat<br />
als beim nominalen Stator. Mit Konturierung ist die Beziehung zwischen Massenstromfunktion<br />
und Totaldruckverhältnis der Konfiguration, welche den Stator mit reduzierter Schaufelzahl<br />
enthielt, quasi identisch zur Referenz. Die numerische Stabilität ist ebenfalls unverändert. Der<br />
polytrope Wirkungsgrad wird sowohl relativ zur Referenz als auch zum modifizierten Stator<br />
ohne Konturierung gesteigert. Beim Auslegungsdurchsatz sind 1,2 % ∆η p relativ zur nicht konturierten<br />
Variante und 0,3 % ∆η p relativ zur Referenz zu verzeichnen. Damit hat die Variante<br />
mit Konturierung und reduzierter Schaufelzahl die höchsten Wirkungsgradwerte aller in diesem<br />
Abschnitt behandelten Konfigurationen. Zusätzlich zur Wirkungsgradsteigerung hat die Konturierung<br />
beim modifizierten Stator einen größeren Einfluss auf den Autrittsdrallwinkel und<br />
den daraus resultierenden statischen Druckanstieg als beim nominalen Stator. Während sich bei<br />
letzterem eine über die Charakterisitk annähernd konstante Verbesserung von 0,22 Grad ergibt,<br />
ist für den modifizierten Stator ein Wert von etwa einem Grad zu verzeichnen. Der statische<br />
Druckaufbau über die Schaufelreihe hinweg verhält sich analog, mit größeren Änderungen für<br />
die Variante mit reduzierter Schaufelzahl.<br />
Um die für die beobachteten Unterschiede in der Wirksamkeit der Konturierungen bei den beiden<br />
Statorvarianten verantwortlichen Mechanismen näher zu untersuchen, wurden die CFD-<br />
Ergebnisse im Auslegungspunkt einer genaueren Analyse unterzogen. Radiale Verteilungen des<br />
umfangsgemittelten Totaldruckverlustkoeffizienten der vier Stator-Varianten sind in Abb. 12.8<br />
gezeigt. Relativ zu den anderen Varianten zeigt der nicht konturierte Stator mit reduzierter<br />
Schaufelzahl ein Gebiet mit signifikant erhöhten Verlusten, welches sich von etwa 70 % der<br />
Schaufelhöhe bis zum Gehäuse erstreckt. Mit Konturierung sind die Verluste des modifizierten<br />
Stators oberhalb von 90 % der Schaufelhöhe auf dem gleichen Niveau wie die des konturierten<br />
nominalen Stators. Im Bereich von 10 % bis 90 % der Schaufelhöhe sind die Verluste des<br />
konturierten modifizierten Stators niedriger als die der beiden Varianten des nominalen Stators.<br />
An der Nabe ist eine Umverteilung der Verluste zu beobachten. Im Vergleich zum modifizierten<br />
Stator ohne Konturierung können zwei Gebiete mit erhöhten Verlustbeiwerten zwischen 3-10 %<br />
72 12. Statoren