Die aero-thermodynamische Auslegung von Turbinenkomponenten in Gasturbinen und Flug-triebwerken weist in Bereichen komplexer Strömungsvorgänge bei der zwei- bzw. dreidimen-sionalen Simulation Lücken oder Fehler (z. B. bzgl. der Profilbelastung oder des Wärmeübergangs) auf. Diese Probleme treten für die Profilauslegung in Gebieten mit Hauptstromverzögerung auf, die für hochbelastete Hochdruckturbinen im hinteren Bereich der Saugseite und imvorderen Bereich der Druckseite zu finden sind. Zudem wird die Auslegung noch komplexer,wenn der Einfluß von Filmkühlung in diesen Bereichen und auch die Rotor-Stator-Interaktion (periodisch instationäre Zuströmung) mit ber ̈ucksichtigt werden muß.Die vorliegende, vorwiegend experimentell ausgerichtete Arbeit gibt durch detaillierte Untersuchungen an hochbelasteten, großskaligen, ebenen Modellgittern aktueller Hochdruckturbinenprofile mit und ohne Filmkühlung in Gebieten mit Hauptstromverzögerung einen Einblickin die aerodynamischen Auswirkungen. Der Forderung nach turbomaschinenähnlichen Bedingungen (Reynolds- und Machzahl-Ähnlichkeit und Turbulenzgrad) wird durch den Einsatzdes Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanals ermöglicht. Eine stromauf liegende Schaufelreihe wird durch bewegte Zylinderst ̈abe durch den Erzeuger Instation ̈arer Zustr ̈ombedingungenvor der Gittereintrittsebene simuliert. Über die Sekundärluftversorgung wird die Filmkühlungmit realen Ausblaseraten auf Saug- und Druckseite bewerkstelligt. Zu den Ergebnissen zählen umfangreiche Profildruckverteilungs- und Nachlaufmessungen f ̈urdrei Hochdruckturbinengitter ohne Ausblasung und vier Gitter mit Ausblasung. Ergänzt werden diese Untersuchungen durch Messungen mittels einer eindimensionalen Hitzdrahtsondestromab der Ausblasung auf der Saugseite, Strömungsvisualisierungen und Strömungsfeldtra-versierungen im Nachlauf. Außerdem wurden die Experimente durch numerische Untersuchun-gen, die mit unterschiedlichen Str ̈omungsl ̈osern durchgeführt wurden, erweitert.Die Experimente können einen umfangreichen Überblick über den Einfluß der Parameter Zuströmung (stationär und periodisch instationär), Profil (mit und ohne Filmkühlung, drei bzw.vier Konfigurationen) und den HGK- bzw. EIZ-Einstellgr ̈oßen (Abström-Reynoldszahl, Ab-str ̈om-Machzahl, Stabteilung und Stabgeschwindigkeit) auf die komplexe Str ̈omung liefern.Die gewonnenen Meßwerte dienen als Datenbasis für den anschließenden Vergleich mit den Er-gebnissen verschiedener numerischer Verfahren, um in Zukunft eine kosteng ̈unstige, schnelleund rechnergest ̈utzte Auslegung neuer Profilgeometrien zu ermöglichen. Im Rahmen der Un-tersuchungen wurden die Strömungslöser der beteiligten Industriepartner der beiden Projekte(Engine3E und AITEB) eingesetzt. Aufgrund der Transition im hinteren Bereich der Saug-seite konnte eine Simulation dieses Bereichs nur befriedigend durchgef ̈uhrt werden. Auch dieAbl ̈osung im vorderen Bereich der Druckseite konnte nicht immer korrekt wiedergegeben wer-den. Aus diesen Gründen sind die numerischen Abschätzungen der Filmkühleffektivität ohne experimentelle Überprüfung nur bedingt überzeugend. Due to the ever increasing demand for cost-optimized designs, modern engine design concepts lead to more and more highly loaded HP turbine blades. In order to achieve the high lift required, turbine airfoils will have to cope with main flow diffusion up to separation both suction and pressure side. Thus, for film cooled HP turbine blades and vanes, the possible aerodynamic and aero-thermal interaction of highly loaded blade rows and film cooling needs to be addressed. The experimental investigations were conducted for variations of the inlet flow (steady and periodic unsteady), profile (with and without film cooling, three / four cooling configurations) and the parameters of the high-speed cascade wind-tunnel and the wake generator (outlet Reynolds-number, outlet Mach-number, bar pitch and bar velocity). The isentropic Mach-number distributions, the loss coefficients and oil-and-dye visualizations were used to investigate the row characteristic and the effectively of the film cooling with and without film cooling of discrete rows of film cooling holes in regions with adverse pressure gradients. Furthermore numerical calculations were compared with the experimental results without film cooling: the regions with positve pressure gradients were predicted with a certain failure thus the numerical prediction of the heat transfer without experimental verification is not resilient.    «

Die aero-thermodynamische Auslegung von Turbinenkomponenten in Gasturbinen und Flug-triebwerken weist in Bereichen komplexer Strömungsvorgänge bei der zwei- bzw. dreidimen-sionalen Simulation Lücken oder Fehler (z. B. bzgl. der Profilbelastung oder des Wärmeübergangs) auf. Diese Probleme treten für die Profilauslegung in Gebieten mit Hauptstromverzögerung auf, die für hochbelastete Hochdruckturbinen im hinteren Bereich der Saugseite und imvorderen Bereich der Druckseite zu finden sind. Zudem wir...    »