Wechselwirkung zwischen Strömung und Wärmetransport an Gasturbinenschaufeln und einem ölgekühlten Abgasturbolader

Im Design-Prozess von Turbomaschinen und Turbomaschinenbauteilen ist es von größtem Interesse die thermische Belastung realitätsnah bestimmen zu können. Dabei sind die maximal auftretenden Temperaturen ebenso wichtig wie die Temperaturverteilung, die thermische Spannungen hervorruft, und damit die Lebensdauer beeinflusst. Das hier verwendete Rechenverfahren basiert auf der Conjugate Calculation Technik, welche für den Wärmeübergang die Wechselwirkung zwischen Strömung und Festkörper berücksichtigt. Die hohe Genauigkeit des sogenannten CHT-Verfahrens im Vergleich zu einem herkömmlichen Ansatz zeigen Validierungsrechnungen an zwei konvektionsgekühlten Leitschaufelprofilen in unterschiedlichen Betriebspunkten. Weitere numerische Untersuchungen betreffen den Einfluss von Kühlbohrungstopologie und Wärmedämmschicht auf die thermische Spannungsverteilung. Von essentieller Bedeutung ist die korrekte Erfassung der Wärmeströme ebenso in einem Abgasturbolader, in dem heißes Motorabgas die Radialturbine durchströmt und eine beträchtliche Wärmemenge in das Lagergehäuse einleitet wird. Von dort wird ein Teil der Wärme an die Umgebung abgegeben, ein Teil wird vom Lageröl aufgenommen und ein Teil erreicht den Radialverdichter, so dass die Gefahr besteht, dass die angesaugte Frischluft während der Verdichtung zusätzlich aufgeheizt wird und der Verdichterwirkungsgrad dadurch sinkt. Der Untersuchung der Wärmeströme in einem PKW-Abgasturbolader dienen 3-dimensionale numerische Simulationsrechnungen. Dazu zählen neben einer ganzheitlichen ATL-Berechnung auch aerodynamische und aerothermische Voruntersuchungen von Radialturbine und Radialverdichter.