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(a) Referenz
(b) Mit Konturierung
Abbildung 12.13.: Streichlinien und Rückströmungsgebiete (rot) auf Nabe und Saugseite des ersten
Stators bei Betrieb auf der Arbeitslinie
hinteren Teil der Passage wieder eine anliegende Nabengrenzschicht zu finden ist. Das hier
vorliegende Phänomen kann also nicht als eindeutiger Corner Stall bezeichnet werden, da es
sich bei diesem laut Lei et al. um eine gleichzeitige Ablösung sowohl auf der Schaufelsaugseite
als auch der Wandgrenzschicht handeln muss [13]. Ein Vergleich mit Abb. 4.3b zeigt
die qualitativen Unterschiede zwischen einem Corner Stall und dem hier vorhandenen Ablösephänomen.
Während die Streichlinien bei einem klassischen Corner Stall eine ausgeprägte
Rezirkulation an der Annuluswand zeigen, ist dies bei dem ersten Stator des mehrstufigen Niedergeschwindigkeitsverdichters
nicht der Fall. Vielmehr handelt es sich um eine lokale Ablösung
der Nabengrenzschicht, deren Einfluss sich schnell radial von der Endwand entfernt und dort
mit der Grenzschicht auf der Schaufelsaugeite interagiert. Eine genauere Analyse zeigt, dass
das Rezirkulationsgebiet aus Fluid besteht, welches aufgrund der Interaktion zwischen der aus
dem Rotor austretenden Nabengrenzschicht und dem Leckagefluid aus der Deckbandkavität
einen niedrigen Impuls besitzt. Der Impuls dieses Fluids reicht nicht aus, um den statischen
Druckanstieg in der Schaufelpassage zu überwinden. Da das Rückströmgebiet in der Schaufelpassage
ursächlich für die erhöhten Totaldruckverluste in der unteren Kanalhälfte ist, kann
geschlossen werden, dass der dominante Verlustmechanismus dieses Stators die Ablösung der
durch die Deckbandleckage geschwächten Nabengrenzschicht ist. Die Konturierung wirkt auf
diesen Prozess ein. Wie Abb. 12.13b zeigt, geschieht dies nicht über eine vollständige Unterdrückung
oder eine Verschiebung des Ablösepunktes. Vielmehr wurde der axiale Impuls innerhalb
der Schaufelpassage durch die lokale Querschnittskontraktion erhöht sowie die Interaktion zwischen
der abgelösten Nabengrenzschicht und der Schaufelsaugseite durch die Verteilung der
Phasenverschiebung der Konturierung verzögert. Dies vermindert am Austritt der Schaufelreihe
die Ausdehnung des Rückströmgebietes und damit das Verlustniveau.
Alle bisher in diesem Abschnitt vorgestellten Ergebnisse stammen aus Simulationen, die mit
dem höchsten Wert der Dichtspitzenspalte durchgeführt wurden. In einem weiteren Schritt sollen
nun die Strömungsfelder mit und ohne Konturierung bei veränderten Spalten untersucht
werden. Dazu wurden weitere CFD-Rechnungen bei zwei kleineren Spalthöhen durchgeführt.
Es erfolgte keine erneute Auslegung der Nabenkonturierung. Die beim höchsten Spaltniveau
ausgelegte Konturierung des Stators wurde beibehalten, um Informationen über die aerody-
78 12. Statoren