M. Teich, G. Hermle, M. Lawerenz

Die Autoren präsentieren in dieser Arbeit Hitzdraht getriggerte PIV-Messungen eines periodischen Phänomens in einer hochbelasteten ringförmigen Verdichter Stator-Kaskade. Dieses stationäre Gitter ist Bestandteil des am Fachgebiet Strömungsmaschinen installierten Ringgitterwindkanals, der es ermöglicht instationäre Effekte ohne Wechselwirkung mit rotierenden Schaufelreihen zu untersuchen. Im Fokus der Untersuchungen steht dabei das Phänomen der rotierenden Instabilität (RI). Bei RI handelt es sich um ein selbstinduziertes Phänomen, das bei hoher aerodynamischer Schaufelbelastung in Erscheinung tritt und sich als periodisch schwankendes Drucksignal darstellt, welches sich in Umfangsrichtung bewegt. Basierend auf zeitgleich durchgeführten PIV- und Hitzdrahtmessungen innerhalb einer Schaufelpassage wird die zeitliche Entwicklung des Strömungsfeldes bei RI näher untersucht. Um ein zeitliches Amplituden- und Phasenspektrum zu erhalten, wird das Hitzdrahtsignal mittels einerWavelet-Transformation analysiert. Anhand des Spektrums ist es möglich nur die PIV Ergebnisse zu berücksichtigen, die das Phänomen RI aufzeigen. Anschließend können die zugehörigen Phasenwinkel bestimmt werden, um die PIV Ergebnisse entsprechend ihrem Winkel in Klassen zu sortieren. Der Mittelwert jeder Klasse repräsentiert das mittlere Strömungsfeld des entsprechenden Phasenwinkels. Anschließend kann die statistisch mittlere Periode der RI durch die diskreten Ensemble-gemitteltenPIV Ergebnisse dargestellt werden. Durch die vorgestellte Methode ist es möglich die zeitliche Auflösung des PIV-Systems deutlich zu verbessern ungeachtet der eigentlichen technischen PIV-Messrate. In dem hier vorgestellten Fall ist die zeitliche Auflösung des statistischen Verfahrens vergleichbar mit einer Messrate entsprechend 1500Hz, wohingegen die technische PIV-Messrate bei 4Hz liegt. Die erreichbare zeitliche Auflösung ist nur durch die genutzte Anzahl an Phasenklassen und entsprechend durch die Anzahl der PIV Messungen limitiert.

In this work, the authors present hot-wire-triggered PIV measurements of a periodic phenomenon in a highly loaded annular compressor stator cascade. This stationary grid is part of the annular grid wind tunnel installed at the Department of Turbomachinery, which allows for the investigation of unsteady effects without interaction with rotating blade arrays. The focus of the investigations is the phenomenon of rotating instability (RI). RI is a self-induced phenomenon that appears under high aerodynamic blade loading and manifests as a periodically fluctuating pressure signal that propagates circumferentially. Based on simultaneously performed PIV and hot-wire measurements within a blade passage, the temporal evolution of the flow field during RI is examined in detail. To obtain a temporal amplitude and phase spectrum, the hot-wire signal is analyzed using a wavelet transformation. Using the spectrum, it is possible to consider only the PIV results that reveal the RI phenomenon. The corresponding phase angles can then be determined to sort the PIV results into classes according to their angle. The mean value of each class represents the average flow field for the corresponding phase angle. Subsequently, the statistically mean period of the RI can be represented by the discrete ensemble-averaged PIV results. The presented method makes it possible to significantly improve the temporal resolution of the PIV system, regardless of the actual technical PIV measurement rate. In the case presented here, the temporal resolution of the statistical method is comparable to a measurement rate of 1500 Hz, whereas the technical PIV measurement rate is 4 Hz. The achievable temporal resolution is limited only by the number of phase classes used and, consequently, by the number of PIV measurements.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2014, Augsburg

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2014

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 7 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2014112125814

Instationäre Strömungsphänomene, Rotierende Instabilität

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21.11.2014