Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

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AbbildungsverzeichnisAbb. 1.1: Sekundärströmungsphänomene, Fottner 1989 [24] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Abb. 2.1: Reynolds-Zahlabhängigkeit der Profilgrenzschicht, Hourmouziadis 1989[38] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Abb. 2.2: Transitionsphänomene über eine Ablöseblase, Fottner 1989 [24] . . . . . . . 8Abb. 2.3: Hufeisenwirbel, Abdullah-Altaii et al. 1994 [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Abb. 2.4: Sekundärströmungsphänomene, Wang et al. 1995 [78] . . . . . . . . . . . . . . 13Abb. 2.5: System der Ablöse- und Wiederanlegelinien der Sekundärströmung,Sieverding 1984 [66] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Abb. 2.6: Radiale Verteilung der Sekundärströmungsverluste bei wachsenderSchaufelbelastung von a) bis d), Sieverding 1984 [66] . . . . . . . . . . . . . . . 15Abb. 2.7: Ideale Geschwindigkeitsverteilung für Beschleunigungsgitter, Hoheisel et al.1986 [37] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Abb. 2.8: Turbinenprofile T104, T105 und T106, Hoheisel et al. 1986 [37] . . . . . . 17Abb. 2.9: Schaufelkonfigurationen lean und bow, Wanjin et al. 1993 [79] . . . . . . . 18Abb. 2.10: Seitenwandgrenzschichtzäune, Doerffler et al. 1994 [15] . . . . . . . . . . . . 19Abb. 2.11: Sekundärströmungseffekte in der Schaufelgitterabströmung für zweiKonfigurationen von Grenzschichtzäunen, Doerffler et al. 1994 [15] . . . 20Abb. 2.12: Krümmungsmotivierte Seitenwandgestaltung, Bischoff 1983 [8] . . . . . . 22Abb. 2.13: Gesamtansicht der Seitenwandkonturierung, Harvey et al. 1999 [34] . . . 23Abb. 2.14: Ansicht der Seitenwandkonturierung als Schnitt in Umfangsrichtung imvorderen Schaufeldrittel, Harvey et al. 1999 [34] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Abb. 2.15: Optimierte Seitenwand im ebenen Kanal, Pioske et al. 1999 [56] . . . . . . 26Abb. 2.16: Meridionale Ansicht der Gitterkonfigurationen mit eingeklapptenProfilschnitten, Duden et al. 1998 [20] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Abb. 2.17: Verlustkoeffizienten der Gitterkonfigurationen in der Abströmebene x /l ax = 1.5, Duden et al. 1998 [20] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Abb. 3.1: Schaufelblattgestaltung 3D durch Auslenkung der Fädellinie . . . . . . . . . 31Abb. 3.2: Prinzipielle Formen der Ringraumgestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Abb. 3.3: Lage der S1- und S2-Stromflächen, Wu 1952 [82] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Abb. 3.4: Quasi orthogonale Rechenebene in ν-Richtung im schaufelfreien Raum,Happel 2000 [31] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Abb. 3.5: Anwendungsgebiet des Stromlinien-Geometrie-Verfahrens inParameterdarstellung, Happel 2000 [31] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35VI

Abb. 3.6: B-Splines der axialen Seitenwandkonturierung: Darstellung zweierModifikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Abb. 3.7: Geometrische DESIGN-Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Abb. 3.8: DESIGN-Parameter in den Profilaufpunkten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Abb. 3.9: Einfluß der Streckungsparameter auf den Kurvenverlauf einesSplinesegments durch a) ρ und b) σ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Abb. 3.10: Steuerung des Polynoms zur radialen Parametrisierung der DESIGN-Parameterwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Abb. 3.11: Rechnerisch aufgespannte Fläche zur Definition derumfangsunsymmetrischen Seitenwandkonturierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Abb. 3.12: Konfigurationsbeispiel eines Seitenwandbumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Abb. 5.1: Konvergenzverlauf verschiedener Optimierungsalgorithmen einerVerdichteroptimierung, Schwarz 1992 [64] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Abb. 5.2: Ablaufschema des Auslegungsverfahrens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Abb. 6.1: Turbinengitter T106D im Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal . . . . . 68Abb. 6.2: Rechennetz der Optimierung - OH-Topologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70Abb. 6.3: Rechennetz der Optimierung - Meridionalansicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Abb. 6.4: Optimiertes Turbinengitter T106Dopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Abb. 6.5: Gefertigtes Windkanalgitter T106Dopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75Abb. 7.1: Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Abb. 7.2: Turbulenzsieb VI K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Abb. 7.3: Lage der Profildruckverteilungsbohrungen, Projektion in dieSeitenwandebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Abb. 7.4: Lage der instrumentierten Schnitte mit statischen Druckbohrungen . . . . 81Abb. 8.1: Profilgeometrie Schnitt 1: T106D - T106Dopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Abb. 8.2: Isentrope Druckbeiwerte Schnitt 1: T106D num., T106Dopt num., T106Doptexp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Abb. 8.3: Profilgeometrie Schnitt 2: T106D - T106Dopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Abb. 8.4: Isentrope Druckbeiwerte Schnitt 2: T106D num., T106Dopt num., T106Doptexp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Abb. 8.5: Profilgeometrie Schnitt 3: T106D - T106Dopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89Abb. 8.6: Isentrope Druckbeiwerte Schnitt 3: T106D num., T106Dopt num., T106Doptexp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Abb. 8.7: Profilgeometrie Schnitt 4: T106D - T106Dopt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Abb. 8.8: Isentrope Druckbeiwerte Schnitt 4: T106D num., T106Dopt num., T106Doptexp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92VII

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Seite 14 und 15: [4]). Die Umweltaspekte gewinnen ne

Seite 16 und 17: lität und Beschleunigung der Konve

Seite 18 und 19: chung des optimierten Gitters könn

Seite 20 und 21: estimmt. Durch den geringeren Impul

Seite 22 und 23: Diese von der idealen Durchströmun

Seite 24 und 25: Mittelschnitt transportiert. In ein

Seite 26: Abb. 2.5:System der Ablöse- und Wi

Seite 29 und 30: gen laminaren Lauflänge und einer

Seite 31 und 32: lenzgrad von ca. 10 % durch. Durch

Seite 33 und 34: wurden jeweils einmal über die Vor

Seite 35 und 36: schen Druck in Umfangsrichtung am E

Seite 37 und 38: Mittelschnitts des Schaufelprofils.

Seite 39 und 40: neuen dreidimensionalen Schaufeln f

Seite 41 und 42: der Eintrittswinkel in Umfangsricht

Seite 43 und 44: mungskanals einer stömungsmechanis

Seite 45 und 46: eine Beschreibung auf NURB-Flächen

Seite 47 und 48: Abb. 3.5:Anwendungsgebiet des Strom

Seite 49 und 50: zw. Gehäusekontur und damit der ä

Seite 51 und 52: anwenderfreundlichen Koordinaten x

Seite 53 und 54: len Körper zusammenzusetzen. Um ei

Seite 55 und 56: Entlang der Profilsaug- und Profild

Seite 57 und 58: Zur schnellen Erzeugung der Rechenn

Seite 59 und 60: R x = R y = R z , , =000τ xx τ yx

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Seite 63 und 64: erforderliche Detektierung der rich

Seite 65 und 66: dimensionalen Auslegung aber nur in

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Seite 71 und 72: In der Praxis finden sich zahlreich

Seite 73 und 74: festzustellen, welche Variablen bzw

Seite 75 und 76: sung nicht exakt gewährleistet. In

Seite 77 und 78: Das systematische Ablaufschema des

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Seite 81 und 82: Zur Gewährleistung einer symmetris

Seite 83 und 84: Die Parametrisierung der Schaufelsc

Seite 85 und 86: dingungen wurde die maximale Machza

Seite 87 und 88: Abb. 6.5:Gefertigtes Windkanalgitte

Seite 89 und 90: .Abb. 7.1:Hochgeschwindigkeits-Gitt

Seite 91 und 92: Schaufeln entfernt sind. Im Rahmen

Seite 93 und 94: p x - p k, = ------------------c px

Seite 95 und 96: Die genaue Lage der Profildruckmeß

Seite 97 und 98: Optimierung durchgeführt wurde. Al

Seite 99 und 100: Der Mittelschnitt des Profils T106D

Seite 101 und 102: lichkeiten durch die Freigabe von V

Seite 103 und 104: In der Abb. 8.5 und Abb. 8.6 sind d

Seite 105 und 106: Eine Saugspitze an der Vorderkante

Seite 107 und 108: Abb. 8.10: Ölanstrichbild T106Dopt

Seite 109 und 110: 8.4 Totaldruckverluste in der Abstr

Seite 111 und 112: Experimentell ist der s-förmige Ve

Seite 113 und 114: Abb. 8.14: Umfangsgemittelter Total

Seite 115 und 116: Zeitpunkt sicherlich noch aufwendig

Seite 117 und 118: Basiskriterium für die Anwendung e

Seite 119 und 120: Herausforderungen an eine gute Modu

Seite 121 und 122: nach Kriterien abgeleitete umfangsg

Seite 123 und 124: [12] Dennis, B. H.; Dulikravich, G.

Seite 125 und 126: [34] Harvey, N. W.; Rose, M. G.; Ta

Seite 127 und 128: [55] Pierret, S.: Designing Turboma

Seite 129 und 130: [77] Wallis, A. M.; Denton, J. D.:

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