Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Mittelschnitt transportiert. In einigen Fällen wird der saugseitige Hufeisenwirbelast auch ineiner spiralförmigen Bahn um den Kanalwirbel geführt. Der druckseitige Hufeisenwirbelastläuft meist auf der Seitenwand Richtung Kanalmitte. Dort wird er von dem mit gleicher Rotationsachserotierenden Grenzschichtmaterial des Kanalwirbels umschlossen, bzw. vereint sichmit dem Kanalwirbel. Die Bedeutung des Hufeisenwirbels auf die Sekundärströmungsphänomenewurde erst vor kurzem erkannt. Die Ausprägung des Hufeisenwirbels ist stark von demDruckfeld, welches durch die Form und Größe der Profilvorderkante bestimmt wird, und demauftreffenden Grenzschichtmaterial abhängig. Ein starker Einflußparameter ist außerdem derInzidenzwinkel der Zuströmung zum Schaufelprofil. Bis jetzt gibt es noch kein quantitativesKriterium zur Bestimmung der Sattelpunktlage 12 . Durch die Verscherung der Grenzschichtführt der Hufeisenwirbel zu einem erhöhten Wärmeübergang in der Nähe der Eintrittskante ander druck- und saugseitigen Schaufeloberfläche. Der Hufeisenwirbel läßt sich z. B. in Wasserkanälendurch eine Visualisierung mit Tintenspuren oder in Windkanälen durch Rauch nachweisen.Der Eckenwirbel entsteht normalerweise nur bei starker Belastung des Seitenwandprofilschnittsund einem dadurch stark ausgeprägten Kanalwirbel. Wenn das zum Kanalwirbel gehörendeGrenzschichtmaterial auf der Seitenwand stark beschleunigt unter einem stumpfenWinkel auf die Profilsaugseite auftrifft, kommt es zum gleichen Mechanismus wie bei der Entstehungdes Hufeisenwirbels. In der Ecke zwischen Profilsaugseite und Seitenwand bildet sichdadurch unter dem Kanalwirbel ein zum Kanalwirbel entgegengesetzt rotierender Wirbel, derEckenwirbel, aus. Der Eckenwirbel ist normalerweise sehr klein. Experimentell sind nur seltenAblöselinien auf Ölanstrichbildern detektierbar.Der Hinterkantenwirbel kann in der Profilabströmung durch die Scherwirkung zwischen densaug- und druckseitigen Kanalwirbeln entstehen. Die an der Hinterkante aufeinandertreffendenKanalwirbelseiten haben in Schaufelhöhenrichtung entgegengesetzt gerichtete Sekundärströmungsvektoren.Diese Scherwirkung reicht bei starken Kanalwirbeln zur Ausbildung einesWirbels aus. In vielen Fällen ist die druckseitige Kanalwirbelseite allerdings im Bereich derProfilabströmung bereits stark zur Saugseite transportiert worden, so daß die Scherwirkungnicht mehr zur Ausbildung des Wirbels ausreicht.Die verschiedenen Sekundärwirbel können in Turbomaschinen nie als eigenständige Phänomenebetrachtet werden, da sie sehr stark interagieren. Aus der Kombination der verschiedenenTransportvorgänge ergibt sich ein komplexes dreidimensionales Strömungsbild. Wang etal. 1995 [78] führt eine Strömungsvisualisierung unter der Verwendung von Laserlicht undRauchfäden durch. Daraus entwickeln sie das Multiwirbelstrommodell der Sekundärströmung12. Als Sattelpunkt wird der Punkt der Ablöselinie des Hufeisenwirbels auf der Staupunktstromlinie bezeichnet.12