Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Mittelschnitts des Schaufelprofils. Das ebene Gitter mit der neu ausgelegten Seitenwandwurde experimentell mittels pneumatischer Meßtechnik untersucht. Die Reynolds-Zahl warmit 400000 dabei etwa halb so groß wie in Hochdruckturbinen üblich. Es konnte eine guteÜbereinstimmung der statischen Profildruckverteilungs- und Seitenwanddruckmessungen mitden numerischen Ergebnissen festgestellt werden. Die Reduzierung der Sekundärwirbel undSchwankungen des Abströmwinkels in Umfangsrichtung, durch eine starke Verringerung desQuerdruckgradienten im vorderen Teil der Schaufeln, konnte nachgewiesen werden. ImGegensatz zum numerischen Ergebnis ergab sich eine Verbesserung der integralen Verlustedurch die neue Seitenwand. Durch die Homogenisierung der Abströmung werden außerdemgeringere Verluste des darauf folgenden Gitters erwartet.Yan et al. 1999 [83] untersuchten den Einsatz einer umfangsunsymmetrischen Seitenwandkonturfür ein Düsengitter einer Hochdruckturbine. Ziel der Auslegung war die Reduzierung derSekundärströmungen. Die ausgelegte Seitenwand weist eine konvexe Kontur in Druckseitennäheund eine konkave Kontur nahe der Saugseite auf. Die numerischen Ergebnisse der Seitenwandkonturierungwurden mit Messungen in einem Niedergeschwindigkeits-Windkanalgegenübergestellt. Auf der glatten Seitenwand wird die Fortpflanzung der Seitenwandgrenzschichtin einen deutlich ausgeprägten Kanalwirbel detektiert. Durch die Seitenwandkonturierungkommt es in Seitenwandnähe zu einer Erhöhung des statischen Drucks auf der Saugseiteund zu einer Reduzierung des statischen Drucks auf der Druckseite, was die Bildung des Verlustkernsverringert. Die Abströmung wurde durch die Seitenwandkonturierung homogenisiert.Eine geringere Erstreckung der Sekundärströmungen in radialer Richtung konnte erreichtwerden. Insgesamt wurde die secondary kinetic energy um ca. 20 % reduziert, die integralenTotaldruckverluste konnten aber nur sehr wenig verringert werden. Numerisch wurde dieSekundärverlustreduzierung geringer vorhergesagt als sie experimentell bestimmt wurde.Eine systematische Optimierung der Seitenwandgestaltung eines Turbinengitters im Bereichder Gitterplattform wurde von Pioske et al. 1999 [56], Pioske 1999 [57] im Hinblick auf dieEinflüsse der Sekundärströmung durchgeführt. Die Arbeit umfaßt numerische Untersuchungenund experimentelle Versuche im Wasserkanal. Die Untersuchungen wurden dabei erst an ebenenTurbinengittern durchgeführt und dann auf Ringgitterkonfigurationen übertragen. AlsStrömungslöser wurde der kommerzielle CFD-Code TASC-Flow eingesetzt. In Schaufellängsrichtungwird auf der Druck- und der Saugseite jeweils eine Sinusfunktion definiert. Durchlineare Interpolation in Umfangsrichtung wird eine Fläche aufgespannt, die einen sogenanntenbump beschreibt. Anhand einer Parameterstudie wurden Variationen der Seitenwandkonturierungenin bezug auf Lage, Tiefe und Ausrichtung der bumps vorgenommen. Im Unterschied zueiner dreidimensionalen Schaufelgestaltung ist bei der dreidimensionalen Seitenwandgestaltungeine Einflußnahme auf die Profilbelastungsverteilung in einem räumlich eng begrenzten25