Zur Strömungsphysik der turbulenten Mischung an filmgekühlten Turbinenschaufel-Hinterkanten

In Fortsetzung früherer Arbeiten am Institut für Thermische Strömungsmaschinen befasst sich der Autor des vorliegenden Bandes der Schriftenreihe mit der Untersuchung filmgekühlter Hinterkanten von thermisch hochbelasteten Gasturbinenschaufeln. Zur Reduktion von aerodynamischen Verlusten sind die Hinterkanten häufig mit einer zurückgeschnittenen Druckseite ausgeführt. Die vorangegangenen Arbeiten hatten gezeigt, dass periodisch an der Lippe der zurückgeschnittenen Druckseite ablösende Wirbel mit der Filmströmung entlang der Kühlfläche interagieren und die lokale Kühleffektivität massiv beeinflussen. Herr Schneider widmet sich in seiner Arbeit der Frage, weshalb eine Steigerung der Ausblaserate der Filmkühlung unter bestimmten Voraussetzungen die Kühlwirkung nicht verbessert sondern sie sogar reduziert. Zur Klärung dieser Fragestellung wählt Herr Schneider eine rein numerische Vorgehensweise unter Verwendung zeitlich und örtlich hochaufgelöster Verfahren, die den größten Teil des turbulenten Spektrums direkt berechnen. Mit diesem Ansatz reduziert er einerseits die bei der klassischen Turbulenzmodellierung auftretenden Fehler auf ein Minimum und nutzt andererseits die Möglichkeit, die für die Mischung relevanten turbulenten Strukturen zu identifizieren und im Detail zu analysieren. Seine numerischen Studien führt er anhand zweier praxisrelevanter abstrahierter Hinterkantenkonfigurationen durch. Zu beiden Fällen liegen experimentelle Ergebnisse vor, die zur Validierung des numerischen Verfahrens herangezogen werden. Mit Hilfe der hochaufgelösten Grobstruktur-Simulation gelingt es Herrn Schneider, den an die kohärenten Strukturen gekoppelten Wärmetransport aufzuzeigen. Darüber hinaus wird der Einfluss der Turbulenz der im Kühlkanal eingebauten Streben auf das Mischungsfeld sowie auf die Ausbildung bzw. Unterdrückung von kohärenten Strömungsstrukturen an der zurückgeschnittenen Lippe deutlich. Die vorliegende Arbeit liefert somit weitere wertvolle Hinweise für die aerothermische Auslegung gekühlter Hinterkanten von Gasturbinenschaufeln. Darüber hinaus hilft sie bei der Auswahl von geeigneten numerischenModellierungsansätzen zur Unterstützung der Auslegung durch eine begleitende numerische Analyse.