Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Diese von der idealen Durchströmung, die als primäre Strömung bezeichnet wird, abweichendenPhänomene werden als Sekundärströmungen bezeichnet. Eine Quantifizierung der Sekundärströmungist meistens aufgrund des dreidimensionalen Charakters des Strömungsfeldesnicht exakt möglich. Experimentell ergeben sich sekundärströmungsfreie Gebiete, also reinePrimärströmung, nur bei Schaufeln mit hohem Schaufel-Seitenverhältnis. Die Strömung imBereich des Mittelschnitts zeigt dabei keine dreidimensionalen Effekte und kann in guterNäherung als reine zweidimensionale Strömung angesehen werden. Numerisch können Rückschlüsseauf die Sekundärströmungen z. B. aus den Differenzen in den Abströmungen zwischeneiner dreidimensional reibungsbehafteten Navier-Stokes-Strömungslösung und einerzweidimensionalen reibungsfreien S2-Strömungslösung gezogen werden.Schon in den 50er Jahren wurde die Bedeutung der Sekundärströmungsphänomene erkannt.Seit Anfang der 70er Jahre werden vermehrt Forschungsprogramme in bezug auf die Sekundärströmungdurchgeführt, um eine Datenbasis zu erarbeiten, welche benötigt wird, um fundierteModelle der Sekundärströmungen für die theoretische Analyse zu erstellen. DieVeröffentlichung von Sieverding 1984 [66] ist ein Versuch, die Resultate aus experimentellenSekundärströmungsuntersuchungen bis 1984 zusammenzufassen. Langston 2001 [46] führtdiese Zusammenfassung bis 2001 fort. Diese Arbeiten stellen den Wissensstand und die nochungeklärten Aspekte der grundlegenden Sekundärströmungsaspekte dar. Die Sekundärströmungläßt sich in verschiedene Phänomene untergliedern:Der Kanalwirbel entsteht aus dem energiearmen Grenzschichtmaterial der Seitenwand imKanal zwischen Profildruckseite und -saugseite der nächsten Schaufel. Durch die Umlenkungdes Strömungskanals bildet sich zwischen Druck- und Saugseite ein radiales 9 Druckgleichgewichtaus. Auf das Grenzschichtfluid, welches gegenüber der Hauptströmung eine geringereGeschwindigkeit aufweist, bewirkt die gleiche umlenkende Zentrifugalkraft eine Überumlenkungdes Fluids an der Seitenwand. Das Grenzschichtmaterial wird von der Druck- zur Saugseitetransportiert. Aus Kontinuitätsgründen kommt es von der Seitenwand inSchaufelhöhenrichtung weiter entfernt zu einer konvexeren Umlenkung des Fluids. Daraus bildetsich ein geschlossener Wirbel aus, der Kanalwirbel genannt wird. In Schaufelhöhenrichtungkommt es dadurch im Nachlauf, entfernend von der Seitenwand, erst zu einerÜberumlenkung, dann zu einer Minderumlenkung der Gitterabströmung. Der Kanalwirbelhängt stark von der Grenzschicht im Gittereintritt ab. Die Belastung des Seitenwandprofilschnitts,d. h. die Druckdifferenz zwischen Profildruck- und Profilsaugseite im vorderenBereich stellt dabei den maßgeblichen anfachenden Mechanismus des Kanalwirbels dar. DerKanalwirbel vereinigt sich meistens mit dem gleichsinnig rotierenden druckseitigen Ast desHufeisenwirbels 10 . Er ist der normalerweise größte Wirbel unter den Sekundärströmungsphä-9. Radial bezieht sich hierbei auf die Umlenkung und nicht auf die Koordinatenrichtung.10