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in Richtung der nacheilenden Schaufel abgelenkt. Weiterhin ist entlang der Wirbeltrajektorie eine<br />
starke Querschnittserweiterung und Entropieerhöhung unmittelbar stromab der Interaktion<br />
von Stoß und Wirbel zu beobachten. Dies ist ein Hinweis, dass ohne CT bei stark angedrosselten<br />
Betriebszuständen die Stoß-Wirbel-Interaktion den dominierenden Verlustmechanismus des<br />
Rotors darstellt. Weitere Untersuchung zeigten, dass sich hinter dem Stoß ein Stagnationsgebiet<br />
ausbildet, was auf einen aufgeplatzten Wirbel hindeutet. Die Vermutung liegt nahe, dass es<br />
sich hierbei um einen stabilitätskritischen Mechanismus handelt. Dies ist konsistent mit einem<br />
der Kriterien für Spike-Type Stall, laut dem kurz vor dem Erreichen der Stabilitätsgrenze der<br />
Übergang zwischen Zuströmung und Spaltströmung an der Vorderkante der Schaufel liegt [26].<br />
Aus Abb. 15.2a ist ersichtlich, dass dieser Zustand beinahe erreicht ist. Eine leichte Umspülung<br />
der Hinterkante ist ebenfalls vorhanden, jedoch trifft dieses Fluid nicht auf die nachfolgende<br />
Schaufel. Dies erklärt, warum es sich bei PT1 um den letzten numerisch stabilen Betriebspunkt<br />
der Variante ohne Gehäusestrukturierung handelt. Ein durch Stoß-Wirbel-Interaktion getriebener<br />
Instabilitätsmechanismus wird auch als „Tip Blockage Stall“ bezeichnet [121]. Verdichter<br />
mit diesem Merkmal gelten als positiv durch Gehäusestrukturierung beeinflussbar.<br />
Die in Abb. 15.2b gezeigte Entropieverteilung für PT2 macht deutlich, dass mit CT der Wirbel<br />
den rapiden statischen Druckanstieg im Stoß überwinden kann, ohne stark abgelenkt zu<br />
werden oder aufzuplatzen. Relativ zu PT1 wurde der Übergang zwischen Zuströmung und<br />
Spaltströmung weiter stromab der Rotor-Vorderkante verschoben. Die Umspülung der Hinterkante<br />
wurde reduziert. Zudem wurden die bei PT1 zu findenden maximalen Entropiewerte nicht<br />
mehr erreicht. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass die Umfangsnut über eine Beeinflussung<br />
der Stoß-Wirbel-Interaktion wirkt. Da die Konfiguration mit CT über PT2 hinaus angedrosselt<br />
werden konnte, kann indirekt daraus geschlossen werden, dass ohne Gehäusestrukturierung<br />
die Stoß-Wirbel-Interaktion tatsächlich den dominanten Mechanismus darstellte, welcher den<br />
stabilen Arbeitsbereich limitiert.<br />
15.2 Vergleich mit experimentellen Ergebnissen<br />
Die Kennfeldergebnisse der experimentellen Validierung der einzelnen Umfangsnut sind in Abb.<br />
15.3 gezeigt. Charakteristiken bei verschiedenen Drehzahlen sind für den 1,5-stufigen Forschungsverdichter<br />
mit und ohne Gehäusestrukturierung eingezeichnet. Während bei 100 % und<br />
95 % der Auslegungsdrehzahl die relative Anströmmachzahl im Bereich der Rotorspitze noch supersonisch<br />
war, lag bei 80 % der Auslegungdrehzahl ein vollständig subsonisches Strömungsfeld<br />
im Rotor vor. Die Bilanzierung erfolgte von der IGV-Eintrittsebene bis zur Rotor-Austrittsebene.<br />
Ebenfalls eingezeichnet ist die Lage der Stabilitätsgrenze für die beiden Varianten. Der Wirkungsgrad<br />
wurde mit Hilfe der Drehmomentmessung auf der Rotorwelle bestimmt. Für Drosselgrade<br />
nahe des Wirkungsgradmaximums haben die Charakteristiken mit und ohne CT einen<br />
ähnlichen Verlauf. Die Unterschiede sowohl für Massenstrom und Totaldruckverhältnis als auch<br />
für den Wirkungsgrad liegen innerhalb der Analysegenauigkeit, mit leicht höheren Wirkungsgraden<br />
für die Variante mit CT. Bei 95 % relativer Drehzahl lag für den Punkt des maximalen<br />
Wirkungsgrades der Variante ohne CT kein entsprechender Punkt mit CT vor, so dass für diese<br />
Drehzahl keine Aussage über die Veränderung des maximalen Wirkungsgrades getroffen werden<br />
kann.<br />
Mit steigendem Drosselgrad zeigen die Totaldruckverhältnis-Charakteristiken mit CT sowohl<br />
bei 100 % als auch bei 95 % der Auslegungsdrehzahl einen steileren Verlauf als ohne. Bei 80 %<br />
ist kein eindeutiger Unterschied in der Form der Charakteristik festzustellen. Beim Durchsatz<br />
86 15. 1,5-stufiger Forschungsverdichter mit Gehäusestrukturierung