J. Müller, T. Glasenapp, M. Fraas, A. Schulz, H.-J. Bauer

Eine Maßnahme zur Steigerung des Wirkungsgrades von Gasturbinen ist eine effizientere Kühlung der Turbinenschaufeloberfläche. Als Kühlverfahren hat sich dabei die Filmkühlung bewährt. Zur Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Filmkühlung wurde am Institut für Thermische Strömungsmaschinen (ITS) ein Prüfstand aufgebaut. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Routine zur Datenauswertung an diesen Prüfstand anzupassen, weiterzuentwickeln und bei Messungen anzuwenden. Die Routine umfasst die Verarbeitung der Rohmessdaten bis hin zu lokalen Temperatur- und Wärmestromverteilungen. Diese werden anschließend mittels Superpositionsprinzip der Filmkühlung ausgewertet, um stromab der Filmkühlbohrungen Verteilungen für adiabate Filmkühleffektivität und Wärmeübergangskoeffizienten zu bestimmen. Bei der Durchführung der Versuche werden Ausblaserate, Turbulenzgrad der Heißgasströmung sowie der laterale Abstand der Filmkühlbohrungen variiert. Als Kühlluftbohrung wird eine sogenannte 10-10-10° laidback fan-shaped Filmkühlbohrung verwendet. Die Messdaten werden mit Hilfe der neu implementierten Routine ausgewertet. Zunächst wird der konvektive Wärmeübergang ohne Filmkühlung bestimmt und mit einer Korrelation verglichen. In den meisten Bereichen wird eine sehr gute qualitative und quantitative Übereinstimmung erzielt. Anschließend folgt eine Diskussion der Messergebnisse mit Filmkühlung. Die Steigerung der Ausblaserate führt für alle untersuchten Fälle zu einer verbesserten Kühlwirkung. Eine Verringerung des Bohrungsabstandes führt zu einem Zusammenwachsen der Filmkühlstrahlen und einer verbesserten Filmkühlwirkung. Die beobachteten Zusammenhänge decken sich mit bisherigen Erkenntnissen. Ein Vergleich der im Experiment bestimmten Filmkühleffektivitäten mit Werten von Schroeder und Thole (2014), die eine ähnliche Kühlluftbohrung untersucht haben, zeigt eine gute qualitative Übereinstimmung.

One measure to increase the efficiency of gas turbines is more efficient cooling of the turbine blade surface. Film cooling has proven effective as a cooling method. To investigate the influencing factors on film cooling, a test rig was set up at the Institute for Thermal Turbomachinery (ITS). The aim of this work is to adapt and further develop a data evaluation routine for this test rig and to apply it to measurements. The routine includes processing the raw measurement data up to the local temperature and heat flow distributions. These are then evaluated using the superposition principle of film cooling to determine distributions for adiabatic film cooling effectiveness and heat transfer coefficients downstream of the film cooling holes. During the experiments, the blow-out rate, the turbulence intensity of the hot gas flow, and the lateral spacing of the film cooling holes are varied. A so-called 10-10-10° laidback fan-shaped film cooling hole is used as the cooling air hole. The measurement data are evaluated using the newly implemented routine. First, the convective heat transfer without film cooling is determined and compared with a correlation. In most areas, very good qualitative and quantitative agreement is achieved. This is followed by a discussion of the measurement results with film cooling. Increasing the blowout rate leads to improved cooling in all cases investigated. Reducing the bore spacing leads to a merging of the film cooling jets and an improved film cooling effect. The observed relationships are consistent with previous findings. A comparison of the film cooling efficiencies determined in the experiment with values from Schroeder and Thole (2014), who investigated a similar cooling air bore, shows good qualitative agreement.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2018, Friedrichshafen

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2018

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2018100815410274317319

10.25967/480318

Nachwuchspreis, Filmkühlung

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Müller, J.; Glasenapp, T.; et al. (2018): Weiterentwicklung einer MATLAB®-Auswerteroutine zur Ermittlung der Filmkühlgrößen für eine konturierte Bohrung. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Obert e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/480318. urn:nbn:de:101:1-2018100815410274317319.

08.10.2018