Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Die Parametrisierung in axialer Richtung ergibt sich durch B-Splines mit sechs Stützpunkten.Es können daher sieben relativ eigenständige Bereiche modifiziert werden. Die Definition inUmfangsrichtung erfolgt durch sechs Stützpunkte, die durch eine Fourier-Reihe erzeugt werden.Ausgehend von einer aerodynamischen Sensitivitätsanalyse werden die Koeffizienten derFourier-Reihe invers aus dem Jacobi-Vektor als lineare Superposition bestimmt. Die erzeugteGeometrie (Abb. 2.13) wurde dann mittels eines Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Verfahrensnachgerechnet. Die Profil- und Seitenwandoberflächen wurden adiabat und vollturbulentmodelliert. Die geometrischen Variablen wurden mit Restriktionen limitiert. Mit der berechnetenSeitenwandkonturierung wurde die Überumlenkung signifikant reduziert. Die Sekundärwirbel,dabei besonders der Kanalwirbel, wurden vermindert. Eine Reduzierung der secondarykinetic energy wurde dadurch erreicht. Es konnte aber so gut wie keine Verringerung der integralenVerluste festgestellt werden. Die Verlustverringerung bewegte sich innerhalb derGenauigkeit des CFD-Codes.Abb. 2.14: Ansicht der Seitenwandkonturierung als Schnitt in Umfangsrichtung im vorderenSchaufeldrittel, Harvey et al. 1999 [34] .Die geringe Verlustabnahme läßt sich wahrscheinlich auf eine deutliche Erhöhung der überströmtenreibungsbehafteten Seitenwandfläche erklären. Der zwischen der Profildruck- undder benachbarten Profilsaugseite ausgebildete Querdruckgradient, als anfachender Mechanismusdes Kanalwirbels, konnte durch die Seitenwandkonturierung (Abb. 2.14) wirksam reduziertwerden. Durch die inverse lineare Superposition der Jacobi-Matrix am Ausgangspunktkonnte eine Reduzierung der ersten Harmonischen der umfangsunsymmetrischen statischenProfildruckverteilung erreicht werden. Die Glättung der zweiten und dritten Harmonischen derSchwankung war zu komplex. Versuche eines gleichzeitigen Umstaffelns der Schaufel, alseine Kombination aus lean und bow, führten zu einer merklichen Reduzierung der Überumlenkungund einer Erhöhung der Unterumlenkung. Der Gitterwirkungsgrad sank dabei erheblichab, ebenfalls wahrscheinlich aufgrund der größeren benetzten Oberfläche. Ein Vorteil dererzeugten Seitenwandkonturierung liegt in der unveränderten Umlenkung und Belastung des24