Einfluss der Rippenposition in einem Kühlkanal auf die Filmkühlung und den inneren Wärmeübergang

Thermisch hochbelastete Turbinenbeschaufelungen sind komplexe, gegossene Bauteile, die zur Wärmeabfuhr eine Kombination aus konvektiver Innenkühlung und Filmkühlung auf der Heißgasseite verwenden. Moderne Kühlsysteme bestehen aus mehreren Kühlkanälen, die über 180°-Umlenkungen miteinander verbunden sind. Innerhalb der Kanäle wird die sich ausbildende Wandgrenzschicht durch den Einsatz von Rippenturbulatoren periodisch gestört. Dies führt zu Ablösegebieten in deren Nachlauf und damit zu einer Staupunktslage mit deutlich erhöhtem Wärmeübergang. Während die internen Strukturen beim Fertigungsprozess der Schaufel durch den Gießkern direkt modelliert werden, erfolgt die Einbringung der Filmkühlbohrungen in das Kühlsystem als anschließender mechanischer Bearbeitungsschritt.
Typische Fertigungstoleranzen bei der mechanischen Bearbeitung kombiniert mit Gießungenauigkeiten hinsichtlich der Kernlage führen dazu, dass die Bohrungen nicht an der vorgesehenen Stelle im Rippensegment platziert werden. Daher ist es möglich, dass deren Position zwischen den Rippen stark
variiert oder auch partiell eine Rippe schneidet. Da bei der Verbesserung der Schaufelkühlung das Zusammenspiel dieser beiden Kühlmethoden zunehmend an Bedeutung gewinnt, wird im Rahmen der hier vorliegenden Arbeit der Einfluss der Lochpositionierung auf den Filmkühlprozess und die interne konvektive Kühlung experimentell wie numerisch unter maschinenähnlichen Bedingungen untersucht. Hierbei kommen die laseroptischen Messmethoden LDA und PIV zur Bestimmung des Strömungsfeldes sowie die transiente Flüssigkristallmethode für die Wärmeübergangsmessungen zum Einsatz.