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Modellbildung zur Steigerung der Vorhersagegenauigkeit von Leistungsdaten und Stabilität axialer Verdichter

Pixberg, Christian Thilo :
Modellbildung zur Steigerung der Vorhersagegenauigkeit von Leistungsdaten und Stabilität axialer Verdichter.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2013)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Modellbildung zur Steigerung der Vorhersagegenauigkeit von Leistungsdaten und Stabilität axialer Verdichter
Language: German
Abstract:

An moderne Flugtriebwerke werden hohe Anforderungen in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit gestellt. Dies gilt folglich auch für die einzelnen Komponenten wie beispielsweise den Verdichter. Die Strömung durch diesen ist komplex und kann durch eine Vielzahl von Parametern verändert werden. Zu Beginn der Auslegungsphase eines Verdichters werden daher mit Hilfe von Vorauslegeprogrammen die Basisparameter festgelegt, wie beispielsweise die Stufenanzahl. Zu diesem Zweck wird die Strömung durch den Verdichter zunächst eindimensional auf dem Mittenschnitt für eine repräsentative Geometrie berechnet. Dabei werden Strömungsphänomene modellhaft durch Korrelationen angenähert. Es ist daher für den gesamten Auslegungsprozess essentiell, dass diese über eine hohe Vorhersagegenauigkeit verfügen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, letztere zu erhöhen. Aus diesem Grund werden existierende Korrelationen der 2D-Profilumströmung (Diffusionszahl, minimaler Profilverlust und Deviation) überarbeitet und auf Parameter aktueller Verdichter angepasst. Für weitere Untersuchungen stehen eine umfangreiche experimentelle Datenbasis sowie Ergebnisse der Numerik und die eines eigenen analytischen Verdichtermodells zur Auswertung zur Verfügung. Aus diesen werden neue Erkenntnisse und Modelle für Strömungsphänomene im Schaufelspitzenbereich tip-kritischer Verdichter abgeleitet. Im Fokus steht dabei vor allem die Auswirkung von Blockage in Bezug auf den Leistungseintrag und den Arbeitsbereich. Zunächst wird detailliert auf die Verminderung der Leistung durch die Spaltströmung eingegangen, die sich mit Hilfe einer neuen Stufenkenngröße quantifizieren lässt. Daraus leitet sich ein neues Verfahren zur Berechnung von Blockage ab. Im Anschluss ist das Überrollen von Verdichtercharakteristiken Gegenstand der Untersuchung. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse und neuen Methoden zur Modellierung von Gehäusestrukturierungen verwendet. Aus diesem einfachen Modell lässt sich die Arbeitsbereicherweiterung abschätzen, die durch den Einsatz von Gehäusestrukturierungen möglich sind.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
At the very beginning of a compressor design process the basic parameters (e.g. the number of stages) have to be determined by means of pre-design tools. For this, the meanline flow of a representative geometry is calculated while complex flow phenomena are modelled by correlations. For the whole design process high prediction accuracy is essential. The aim of the present work is to increase this. First of all existing correlations for blade-2-blade flow (Diffusion number, minimum of profile loss and deviation) are renewed by adapting the range of parameters for current compressors. Further investigations are conducted analysing a huge experimental database, numerical results and an own throughflow code. From these, new findings and models are derived in terms of tip flow of tip-critical compressors. Thereby, the focal point is especially on blockage effects on performance and stability. Finally a new model for casing treatments is established.English
Place of Publication: Darmstadt
Uncontrolled Keywords: Verdichter, transsonisch, GLR, Triebwerk, Flugzeug, Modellbildung, Korrelationen, Spaltwirbel
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
compressor, transonic, jet engine, modelling, casing treatment, correlations, tip vortexEnglish
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Gas Turbines and Aerospace Propulsion (GLR)
Date Deposited: 22 Aug 2013 10:22
Last Modified: 22 Aug 2013 10:22
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-35720
Referees: Schiffer, Prof. Dr. Heinz-Peter and Mönig, Prof. Dr. Reinhard
Refereed: 5 July 2013
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3572
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