TU Darmstadt / ULB / tuprints

Experimentelle Untersuchungen zum Clocking-Effekt an einer stationären Stator-Stator-Anordnung

Heinke, Wolfram :
Experimentelle Untersuchungen zum Clocking-Effekt an einer stationären Stator-Stator-Anordnung.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2002)

[img]
Preview
PDF
diss_heinke.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (4Mb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Experimentelle Untersuchungen zum Clocking-Effekt an einer stationären Stator-Stator-Anordnung
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des experimentellen Teils des AGTurbo-Projektes "Numerische Simulation und experimentelle Untersuchung des Clocking-Effekts". Die Aufgabe bestand darin, ein Versuchskonzept zu erstellen, das den Clocking-Effekt in stationäre und instationäre Effekte aufteilt. Dafür wurde ein entsprechender Prüfstand entwickelt, im Rahmen von Voruntersuchungen optimiert und anschließend erstellt. Die in dieser Arbeit daraufhin durchgeführten Untersuchungen beschränken sich auf den ersten Teil des dreiteiligen Versuchskonzeptes, der Clocking-Untersuchungen an einer stationären Stator-Stator-Anordnung. Hierbei wurde ein erster Stator in der Zuströmung eines zweiten Stators in Umfangsrichtung traversiert. Die Meßergebnisse haben gezeigt, daß der Totaldruckverlust im Stator 2 in Abhängigkeit von der Clockingposition um etwa 11% variiert. Dabei entsteht ein Verlustminimum, wenn die Stator 1-Nachlaufmitte um 6% der Teilung zur Saugseite von Stator 2 versetzt auftrifft. Das Verlustmaximum entsteht, wenn die Stator 1-Nachlaufmitte um 25% der Teilung zur Druckseite von Stator 2 versetzt auftrifft. Die Winkelmessungen hinter Stator 2 zeigen außerdem einen um 0.18° vergrößerten Austrittswinkel im Verlustminimum relativ zum Verlustmaximum. Aus den Turbulenzmessungen hinter Stator 2 ist zu erkennen, daß es im Verlustminimum zu einer Reduktion der mittleren turb. kin. Energie kommt. Die Cp-Verläufe auf der Schaufeloberfläche von Stator 2 zeigen auf der Saugseite eine stabile laminare Ablöseblase als "short bubble", die ihre Größe in Abhängigkeit von der Clockingposition verändert. Die Ausdehnung der Ablöseblase ist im Druckverlustmaximum am größten und wird im Verlustminimum um 30% reduziert. Im Gegensatz zur Saugseite wird die Grenzschicht der Druckseite nur wenig durch die Clockingposition beeinflußt. Dies wird auch von der relativen Wandschubspannung und den bezogenen RMS-Werten aus den Oberflächenheißfilmmessungen bestätigt. Die Intermittenz und die Amplitudenhäufigkeitsverteilung entlang der Schaufeloberfläche haben darüber hinaus gezeigt, daß die Grenzschicht auf der Druckseite und auf dem vorderen Bereich der Saugseite unabhängig von der Clockingposition stets laminar bleibt. Die Transitionsform auf der Saugseite bleibt unverändert, und stromab wurde ein Rückgang der Intermittenz in Abhängigkeit von der Clockingposition beobachtet. Im Verlustminimum zeigten sich die niedrigsten Intermittenzwerte. Die Vorgänge am Stator 2 sind im Druckverlustminimum wie folgt charakterisiert: Verkleinerung der Ablöseblase, Vergrößerter Austrittswinkel, Reduzierte Turbulenzproduktion. Die Verkleinerung der Blasenlänge im Verlustminimum kann mit dem erhöhten Turbulenzeintrag aus dem Stator 1-Nachlauf erklären werden, der sich wie eine Reynoldszahlerhöhung auswirkt. Zudem ist die Vergrößerung des Austrittswinkels auf eine verbesserte Umlenkung zurückzuführen. Das Profil ist im Verlustminimum in der Lage, mehr Umlenkung zu erzielen. Die bisherigen Messungen lassen aber keine direkte Aussage darüber zu, wie es zur Reduktion der Turbulenzproduktion im Verlustminimum kommt. Es wird vermutet, daß durch den zusätzlichen Turbulenzeintrag des Stator 1-Nachlaufes in die saugseitige Grenzschicht von Stator 2 und der daraus resultierenden Blasenverkleinerung insgesamt weniger Turbulenz in der abgelösten Scherschicht der Ablöseblase produziert wird. Dies könnte auch den Rückgang der Intermittenz stromab der Transition erklären.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This Thesis was developed in the course of the experimental part of the AGTurbo-Project "Numerical simulations and experimental investigations of the Clocking-Effect". The aim of this thesis was to develop an experimental concept to separate the Clocking-Effect into steady and unsteady effects. Therefore a special test rig was developed, optimised during some preliminary experiments and afterwards built up. The following experiments were confined to the first part of the three part experimental investigation using a steady flow stator-stator-setup. In this setup a first stator is traversed circumferentially upstream of a second stator. The results show a change in total pressure loss of the stator 2 blades of some 11% in dependence of the clocking-position. A loss minimum results when the wake of stator 1 is shifted by 6% of the pitch to the suction side of the stator 2 blade. A maximum pressure loss results when the wake of stator 1 is shifted by 25 % of the pitch to the pressure side of the stator 2 blade. The measurements of the stator 2 exit angle show an increase of some 0.18° within the total pressure loss minimum. Additionally the hot wire measurements downstream stator 2 show a decrease in mean turbulent kinetic energy within the total pressure loss minimum. The static pressure distribution on the suction side of stator 2 show a laminar separation bubble as a "short bubble" which changes its size in dependence of the clocking-position. The separation bubble is extreme in size within the total pressure loss maximum and reduces its size in the magnitude of some 30% within the total pressure loss minimum. The pressure side of the stator 2 blade shows no significant change in the static pressure distribution in dependence of the clocking-position. Additionally the intermittency and the probability density function calculated from the surface mounted hot film measurements show a stable laminar boundary layer on the pressure side of the stator 2 blade for all clocking-positions. The intermittency distribution and the probability density function for the stator 2 blade suction side show no influence of the clocking-position on the transition behaviour. But downstream of the laminar separation bubble the intermittency values decrease, whereby a significant influence of the clocking-position is observed. The intermittency values show a minimum within the total pressure loss minimum. The characteristics of the stator 2 blades within the total pressure loss minimum can be summarised as followed: decrease in laminar separation bubble size, increase in exit angle, reduction of the downstream turbulent intensity. The decrease in laminar separation bubble size is derived from the high turbulent intensity of the stator 1 wake convected into the suction side boundary layer. This increase in turbulent intensity has the same effect like a Reynolds number increase. The increase in the stator 2 exit angle can be explained by an increase in stator 2 deflection. Obviously the profile is able to produce more deflection within the total pressure loss minimum. But the measurements so far give no answer to the reduction of the downstream turbulent intensity itself. Probably the decrease in laminar separation bubble size leads to a reduced production of turbulence within the separated shear layer.English
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Maschinenbau
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:21
Last Modified: 07 Dec 2012 11:48
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000249
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-2498
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Schobeiri, Prof.Dr. Taher
Advisors: Stoffel, Prof.Dr. Bernd
Refereed: 18 June 2002
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/249
Export:

Actions (login required)

View Item View Item