Untersuchung ebener Verdichtergitter mit aktiver Zirkulationskontrolle an der Hinterkante

In dieser Arbeit werden ebene Verdichtergitter mit aktiver Zirkulationskontrolle an der Hinterkante entwickelt. Basierend auf einem bestehenden Verdichterstator wird die Schaufelzahl um 20% reduziert. Die aktive Beeinflussung wird eingesetzt um den Arbeitsbereich der Referenzbeschaufelung zurückzugewinnen. Der dafür eingesetzte Sekundärmassenstrom beträgt etwa 1.5% des Hauptmassenstroms.

Basierend auf einer repräsentativen Statorgeometrie werden Profile mit modifizierter Hinterkante entwickelt. Auf der Profilsaugseite wird ein Coanda-Radius integriert, über den durch einen Spalt ausgeblasen wird. Anhand zweidimensionaler Auslegungsrechnungen im Schaufelgitter wird gezeigt, dass die Verlustbeiwerte — selbst unter Berücksichtigung der Strahlenergie — durch kleine Ausblasraten reduziert werden können ( mj/ m1 = 1.2%). Da die Mischungsverluste im Nachlauf reduziert werden, wird die eingebrachte Strahlenergie effizient eingesetzt. Mit zunehmendem Ausblasmassenstrom steigt die eingesetzte Energie und die Effizienz nimmt ab.

Die genannten Ergebnisse lassen sich auch experimentell bestätigen. Neben den Messungen im Gitterwindkanal werden im Rahmen dieser Arbeit dreidimensionale Navier-Stokes Rechnungen für zwei verschiedene Gitterteilungen durchgeführt. Aufgrund des kleinen Schaufelhöhenverhältnisses (h/b = 1.33) tritt ein hoher Einfluss der Seitenwandgrenzschichten auf die Strömung im Mittelschnitt auf. Die aktive Beeinflussung führt zu einer Reduzierung der Sekundärströmung und damit zu einer Abnahme des Axialgeschwindigkeitsverhältnisses in der Schaufelmitte. Der Arbeitsbereich der Referenzbeschaufelung kann erreicht werden, wenn — abhängig vom Zuströmwinkel — eine Ausblasrate von 1 - 1.5% eingesetzt wird. Die zugehörige Umlenkungserhöhung beträgt bis zu delta(delta ß) =4°. Wird der Ausblasmassenstrom auf 2% erhöht, sind Mehrumlenkungen von bis zu 7.2° möglich. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten im Strahl resultieren dabei Verlustanstiege. Die eingesetzte Strahlleistung wird nicht mehr effizient genutzt, sodass kleine Ausblasraten zu favorisieren sind.