Transsonische Strömung in einem Gasturbinenlaufrad – experimentelle Untersuchungen im ebenen Gitter und im rotierenden Ringgitter

Zusammenfassung

 Das transsonische Strömungsfeld im Auslegungszustand eines Gasturbinenlaufrades wurde im ebenen Gitter und im rotierenden Ringgitter simuliert (β₁ = 140°, Ma_2is ≈ 1,1). Mittels konventioneller Meßtechniken mit pneumatischen Druckaufnehmern in Sonden und an Oberflächen wurden Nachlauf-, Druckverteilungs- und Grenzschichtmessungenzdurchgeführt. Die direkte Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in verschiedenen gitterfrontparallelen Ebenen erfolgte mit einem L2F-Anemometer. Das Meßvorhaben wurde mit der Ermittlung des Wärmeübergangs auf der Schaufeloberfläche und der Sichtbarmachung des Strömungsfeldes mittels der Schlierentechnik abgerundet. Dabei wurde deutlich, daß sich die Ergebnisse aus dem zwei- und dreidimensionalen Strömungsfeld sehr gut ergänzen und so zu einem vertieften Verständnis der aerodynamischen Vorgänge beizder transsonischen Durchströmung eines Gasturbinenlaufrades beitragen. Gleichzeitig stellen die Ergebnisse eine umfangreiche Datenbasis dar, mit der (verbesserte) numerische Verfahren zur Strömungsfeldberechnung validiert werden können.

Abstract

 Using a straight cascade and a rotating annular cascade the transonic flow field within a gas turbine rotor according to design conditions was investigated (β₁ = 140°, Ma_2is ≈ 1.1). By means of conventional measuring technic using pneumatic pressure transducers within probes and on surfaces wake flow traverses were carried out as well as static pressure measurements and boundary layer measurements. Determination of the flow velocity was done within different planes parallel to the cascade exit using a L2F-anemometer. Finally, heat transfer measurements and flow visualisation by means of the Schlieren technic were part of the research program. The experiments clearly show that the results from the two dimensional and the three dimensional investigations supplement each other and contribute to a deeper understanding of the aerodynamics of the flow field within a gas turbine rotor. As well, the results can be used as basic data to validate (improved) numerical procedures for flow field computations.