Die vorliegende Arbeit gibt durch detaillierte numerische Untersuchungen Einblick in das hochgradig dreidimensionale, transiente und turbulente Strömungsfeld von Verdichtergittern. Die Strömungssimulationen wurden mit dem Berechnungsverfahren TRACE durchgeführt. Das am Institut für Antriebstechnik des DLR-Köln entwickelte Verfahren ermöglicht eine realistische Simulation von mehrstufigen Turbomaschinen unter Verwendung von blockstrukturierten Rechengittern. Anhand eines ebenen und hoch belasteten Verdichtergitters wurde die periodisch instationäre Nachlauf-Grenzschicht-Interaktion unter Berücksichtigung des laminar-turbulenten Umschlags der Grenzschicht simuliert und mit Messergebnissen verglichen. Die Messdaten wurden am Hochgeschwindigkeitsgitterwindkanal bei turbomaschinentypischen Mach- und Reynoldszahlen gewonnen. Mess- und Simulationsdaten zeigten übereinstimmend, dass die saugseitige Grenzschicht bei homogener Zuströmung einen laminar-turbulenten Umschlag über einer Ablöseblase aufweist. Bei periodisch instationärer Zuströmung offenbart die Ablöseblase ein zeitabhängiges Verhalten und wird gemäß den Messdaten zeitweilig vollständig abgebaut. Als Konsequenz erfolgt der Umschlag während einer Schaufeldurchgangsperiode und in zeitlicher Abfolge über insgesamt drei Transitionsmoden. Dieses multimodale Transitionsverhalten wird von den Simulationen in ähnlicher Weise wiedergegeben. Studien zum Strömungs- und Leistungsverhalten eines hochbelasteten Transsonik-Axialverdichters resultierten aus Strömungssimulationen zu einem einstufigen Verdichterrig. Die Verdichterstufe wurde am Institut für Antriebstechnik des DLR-Köln ausgelegt und experimentell untersucht. Simulation und Messung zeigten für die Auslegungsdrehzahl eine gute Übereinstimmung. Sowohl das Strömungsverhalten, inbegriffen die Stoßposition und Stoßintensität in der Rotorschaufelpassage, als auch das Leistungsverhalten wurden mit geringen Abweichungen zur Messung vorhergesagt. Des Weiteren wurde das Verhalten des Blattspitzenwirbels und der Spaltströmung, abhängig vom eingestellten Betriebspunkt, analysiert. Besonderes Interesse galt der Interaktion von Spaltwirbel und Passagenstoß. In Übereinstimmung mit mehreren Autoren konnte kein Aufplatzen des Spaltwirbels beim Passieren der Stoßfront beobachtet werden. Vielmehr ist bei zunehmender aerodynamischer Belastung eine Intensivierung der Spaltströmung unmittelbar stromauf des Passagenstoßes zu beobachten. Eine signifikante Blockage der Hauptströmung nahe der Druckseite der benachbarten Rotorschaufel ist die Folge. Zur Untersuchung des Einflusses von Eintrittsstörungen auf das Strömungsverhalten eines Transsonik-Axialverdichters wurden abschließend Vollkranzsimulationen bei Vorgabe einer Totaldruckstörung durchgeführt. Die Geometrie unterschied sich dabei nur geringfügig von der im vorigen Abschnitt diskutierten Verdichterstufe. Aus Simulations- und Messdaten resultierten bei 85% Auslegungsdrehzahl ähnliche Werte für das Totaldruckverhältnis. Die Umfangsverteilungen von Totaldruck und Totaltemperatur wiesen bei mittlerem Durchsatz ebenfalls eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit den jeweiligen Messergebnissen auf. Vergleichbare Resultate ergaben sich auch für die Vielfachsektorauswertung. Hierbei wird für jeden Sektor ein ''Betriebspunkt'' berechnet und im Kennfelddiagramm eingetragen. Simulationen und Messung zeigten, dass in einzelnen Sektoren ''Betriebspunkte'' jenseits der stationären Abreißgrenze vorliegen. Offenbar ist der untersuchte Verdichter in der Lage, bei Vorgabe einer Totaldruckstörung seinen Betriebsbereich kurzzeitig bzw. in einzelnen Schaufelpassagen über die stationäre Abreißgrenze hinaus auszudehnen.    «

Die vorliegende Arbeit gibt durch detaillierte numerische Untersuchungen Einblick in das hochgradig dreidimensionale, transiente und turbulente Strömungsfeld von Verdichtergittern. Die Strömungssimulationen wurden mit dem Berechnungsverfahren TRACE durchgeführt. Das am Institut für Antriebstechnik des DLR-Köln entwickelte Verfahren ermöglicht eine realistische Simulation von mehrstufigen Turbomaschinen unter Verwendung von blockstrukturierten Rechengittern. Anhand eines ebenen und hoch belastete...    »