Messtechnische Erforschung von Axialdiffusor-Strömungen
Der Axialdiffusorversuchsstand am ITSM erlaubt eine detaillierte Untersuchung der Strömung in Diffusoren. Die für die Performance des Diffusors maßgeblichen Strömungsparameter, wie Totaldruckprofil, Drall, Machzahl und Spaltstrom, können unabhängig und gezielt eingestellt werden, um die Verhältnisse am Austritt von Gasturbinenstufen abzubilden. Darüber hinaus ist der Versuchsstand flexibel so konzipiert, um Geometrievariationen schnell und unkompliziert umzusetzen. Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen werden numerische Strömungssimulationen durchgeführt, um Auslegungsrichtlinien und Maßnahmen für die Auslegung von Diffusoren mit hohem Wirkungsgrad und weitem, sicher nutzbaren Betriebsbereich ableiten zu können.
Numerische Untersuchung von Axialdiffusor-Strömungen
Begleitend zu den experimentellen Untersuchungen am Axialdiffusorprüfstand werden numerische Strömungssimulationen durchgeführt, um Auslegungsrichtlinien und Maßnahmen für die Auslegung von Diffusoren mit hohem Wirkungsgrad und weitem, sicher nutzbaren Betriebsbereich ableiten zu können. Besonders im Teillastbetrieb mit signifikant abgelöster Strömung ist die Berechnung mittels CFD eine große Herausforderung. Dabei kommen skalenauflösende Turbulenzmodelle zum Einsatz, das Berechnungsergebnis kann dann mit Messdaten validiert werden.
Visualisierung der Strömung durch den Axialdiffusor im Teillastbetrieb
Forschung an Strömungen in Axial-Radial-Diffusoren
Der Vorteil des Einsatzes von Axial-Radial-Diffusoren gegenüber axialen Diffusoren ist ihre kompaktere Bauweise. Durch die axial-radiale Strömungsumlenkung in Kombination mit einem einflutigen Abströmgehäuse bildet sich eine asymmetrische Strömungsverteilung im Difffusor. Diese führt in Kombination mit den variierenden Abströmbedingungen der letzten Schaufelreihe zu großskaligen fluktuierenden Strömungsablösungen, die unter Umständen die Schaufeln der letzten Turbinenstufe zur Schwingung anregen können. Die experimentellen Untersuchungen am ITSM-Diffusorprüfstand werden durch umfangreiche numerische Simulationen begleitet, um einerseits spezifische Effekte wie die Strömungsasymmetrie und Stabilisierungseffekte der Spaltströmung für verschiedene Betriebsbedingungen zu analysieren und andererseits die Qualität der numerischen Vorhersage von Strömungsablösungen zu verbessern.
