Unter dem Gesichtspunkt der Wettbewerbsfähigkeit moderner Gasturbinen, ist es notwendig den thermischen Wirkungsgrad stetig zu verbessern. Dies steht jedoch im Zusammenhang mit dem Anstieg der mechanischen und aerodynamischen Anforderungen an die Komponenten der Turbomaschine, vor allem in der Turbine. Die Temperatur des Gases nach Verlassen der Brennkammer ist oft höher, als die maximal zulässige Temperatur der Materialien die in der Turbine zum Einsatz kommen. Deshalb ist ein Kühlsystem als Teil des Sekundärluftsystems nötig, welches die Anforderungen einer minimalen Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit durch Sekundärlufteinsatz, sowie die Gewährleistung eines sicheren Betriebs verbindet. Folglich ist eine genaue Kenntnis der sich einstellenden Strömungsformen innerhalb der verschiedenen Komponenten nötig, um ein solches System effizient auslegen zu können. Im Sekundärluftsystem kommen unterschiedlich angeordnete Bohrungen in stehenden oder rotierenden Komponenten zum Einsatz, um die Kühlluft zu den jeweiligen Verbraucherstellen zu führen. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stehen rotierende Wellenbohrungen, deren aerodynamisches Verhalten sich beispielsweise durch wirkende Zentrifugal- und Corioliskräfte, dem von axialen oder stationären Bohrungen unterscheidet. Des Weiteren konnte die sphärische Eintrittskante der Wellenbohrungen als weiterer, den Durchfluss beeinflussender Parameter identifiziert werden. Ein am Institut bestehender Prüfstand mit zwei unabhängig angetriebenen, gleich- und gegenläufig rotierenden Wellen, wurde verwendet, um die Strömungsphänomene, sowie das Durchflussverhalten durch die rotierenden Wellenbohrungen zu untersuchen. Der erforderliche Massenstrom wird von einem Schraubenverdichter bereitgestellt und über ein Rohrsystem zum Prüfstand geleitet. Dabei können die Zuströmungsbedingungen für den äußeren (zwischen Gehäuse und äußerer Welle) und inneren Ringspalt (zwischen innerer und äußerer Welle) variiert werden. Eine solche Konfiguration erlaubt Untersuchungen mit Querströmung für beide Durchströmungsrichtungen (zentripetal, zentrifugal) der Wellenbohrungen. Im Rahmen der abgeschlossenen Arbeit, wurden Messungen des Durchflusskoeffizienten bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Bohrungsgeometrien (zylindrisch, Langloch) mit verschiedenen Länge- zu Durchmesserverhältnissen (L/d =0,6; 0,885; 1,2; 1,8; 3,75) und unterschiedlichen Eintrittskantengeometrien (r/d = 0; 0,1; 0,2), bei verschiedenen Strömungsbedingungen durchgeführt. Dabei wurden verschiedene Strömungsrichtungen (zentripetal, zentrifugal) durch die rotierenden Bohrungen, axiale Anströmungsgeschwindigkeiten (Max =0,1−0,2) mit und ohne Vordrallerzeugung (0°, 32°, 58°) für die zentripetale Durchströmungsrichtung, ein weiter Bereich von Wellendrehzahlen (naW, niW = 0−5000 min−1), sowie Druckverhältnisse (Π =1,05-1,5) über die Bohrungen untersucht. Eine im Durchmesser variable innere Welle ermöglichte zudem die Untersuchung verschiedener Geometrien des inneren Kanals auf das Durchflussverhalten der Wellenbohrungen. Um ein besseres Verständnis der anliegenden Strömung zu erlangen, sowie die experimentelle Datenmatrix zu vergleichen und zu erweitern, wurde zudem die Strömung numerisch simuliert. In diesem Rahmen wurden umfangreiche Netz- und Parameterstudien durchgeführt. Abschließend wurden basierend auf der experimentellen Datengrundlage Korrelationen erstellt, die gegebenenfalls durch numerische Daten erweitert wurden.    «

Unter dem Gesichtspunkt der Wettbewerbsfähigkeit moderner Gasturbinen, ist es notwendig den thermischen Wirkungsgrad stetig zu verbessern. Dies steht jedoch im Zusammenhang mit dem Anstieg der mechanischen und aerodynamischen Anforderungen an die Komponenten der Turbomaschine, vor allem in der Turbine. Die Temperatur des Gases nach Verlassen der Brennkammer ist oft höher, als die maximal zulässige Temperatur der Materialien die in der Turbine zum Einsatz kommen. Deshalb ist ein Kühlsystem als Te...    »