Dem Verständnis der Strömung in Aus- und Abblasesystemen in Turbomaschinen kommt eine besondere Bedeutung zu, da an diesen Stellen die erzeugten aerodynamischen Verluste und Strömungsbeeinflussungen direkt von der Aus- bzw. Abblaserate abhängig sind. Die auftretenden turbulenten, dreidimensionalen Wirbelströmungen bestimmen das resultierende Strömungsverhalten und die Verlustentstehung. In der vorliegenden Arbeit werden zwei turbomaschinen-typische Aus- und Abblasekonfigurationen, eine saugseitige Filmkühlausblasung an einem hochbelasteten Turbinengitter mit konturierten Fan-Shaped Bohrungen und Laid-Back und eine gehäuseseitige, kontinuierliche Verdichter-Luftabblasung mit vier Entnahmestellen an einem ringförmig umlaufenden Verteilerkanal numerisch untersucht. Die saugseitige Filmkühlausblasung zeichnet sich dabei bei moderater Ausblaserate durch eine sich vollständig innerhalb der Profilgrenzschicht entwickelnde, charakteristische Wirbelströmung aus. Im Verteilerkanal des Abblase-Luftsystems entwickelt sich dagegen infolge der kontinuierlichen Schlitzabblasung ein den gesamten Strömungsquerschnitt ausfüllendes, spiralförmig umlaufendes Wirbelsystem. Die numerischen Simulationen werden mit detaillierten experimentellen Ergebnissen validiert und anschließend verglichen. Für die numerischen Simulationen werden zur Berücksichtigung der Turbulenz ein um Rotationseffekte erweitertes k-ω Modell, das SST Modell und ein auf der ω-Gleichung basierendes Reynoldsspannungsmodell eingesetzt. Zur Analyse der Entwicklungsdynamik und der auftretenden Verlustprozesse werden für die Wirbelströmungen die wichtigsten Terme der Wirbelgleichung und der Energiegleichung der mittleren Strömung ausgewertet und diskutiert. Während bei der Filmkühlausblasung innerhalb der Profilgrenzschicht die Wirbeldynamik durch turbulente Interaktionen bestimmt wird und in der Energiebilanz laminare Verlustprozesse dominieren, bestimmen nicht-turbulente Prozesse die Wirbeldynamik im Verteilerkanal des Abblasesystems. Die Verlustproduktion ist hier hingegen durch turbulente Prozesse geprägt. Neben der Analyse der Wirbelströmungen konnte gezeigt werden, dass bei der Simulation von Aus- und Abblasesystemen die korrekte Berechnung der Strömungsablösungen infolge starker Umlenkungen an den Ein- und Austrittskanten wesentlichen Einfluß auf die sich ausbildenden Wirbelströmungen besitzen. Die detaillierten Analysen der turbomaschinen-typischen Problemstellungen ermöglichen zudem Aussagen zur Leistungsfähigkeit und Vorhersagegüte der gewählten Turbulenzmodelle bei der Anwendung auf komplexe Innenströmungen. Sowohl die Wirbelviskositätsmodelle als auch das Reynoldsspannungsmodell konnten die Entwicklung der unterschiedlichen Wirbelströmungen sowie das Ablöseverhalten an den scharfkantigen Umlenkungen nur unzureichend wiedergeben, wobei durch den Einsatz des Reynoldsspannungsmodells keine signifikant verbesserten Ergebnisse erzielt werden konnten.    «

Dem Verständnis der Strömung in Aus- und Abblasesystemen in Turbomaschinen kommt eine besondere Bedeutung zu, da an diesen Stellen die erzeugten aerodynamischen Verluste und Strömungsbeeinflussungen direkt von der Aus- bzw. Abblaserate abhängig sind. Die auftretenden turbulenten, dreidimensionalen Wirbelströmungen bestimmen das resultierende Strömungsverhalten und die Verlustentstehung. In der vorliegenden Arbeit werden zwei turbomaschinen-typische Aus- und Abblasekonfigurationen, eine saugseiti...    »