Die Hochdruckturbine eines Turboflugtriebwerks, insbesondere die erste Stufe, ist in erheblichem Maße von der Strömung in der vorgeschalteten Brennkammer beeinflusst. Das Vorhandensein hoher Temperaturungleichmäßigkeiten, großer Strömungswinkel und starker Turbulenzen führt zu einer Verringerung des Turbinenwirkungsgrads und zu einem erhöhten Bedarf an einem effizienten Turbinenkühlsystem. Um zu gewährleisten, dass die Turbine die Anforderungen an die Lebensdauer erfüllt und einen optimalen Wirkungsgrad erzielt, ist es von größter Bedeutung, die Wechselwirkungsmechanismen zwischen Brennkammer und Turbine zu verstehen und alle entscheidenden Effekte, die mit der Brennkammer zusammenhängen, in die Auslegung der Turbine einzubeziehen.

Numerische Simulationen stellen ein zentrales Instrument bei der Auslegung von Brennkammer und Hochdruckturbine sowie bei der Analyse der aerothermalen Wechselwirkung zwischen beiden Komponenten dar. Sie ermöglichen ein kostengünstiges und effizientes Verständnis der komplexen strömungsmechanischen und thermodynamischen Vorgänge in beiden Komponenten. Aufgrund der harschen Bedingungen in diesem Teil des Triebwerks sind Messungen und Experimente oft begrenzt. In den meisten Fällen werden die Brennkammer und die Turbine in separaten Simulationen behandelt. Dabei werden 2D-Mittelfelddaten an der Schnittstelle übertragen, um sie als Eintrittsrandbedingungen in der Hochdruckturbine zu verwenden. Bei diesem Ansatz bleiben jedoch die instationären Effekte der Brennkammer unberücksichtigt, die sich erheblich auf die Auslegung der Turbine auswirken können. Es ist seit langem bekannt, dass skalenauflösende Simulationsmethoden die Vorhersagegenauigkeit von CFD-Simulationen erhöhen können. Die zunehmende Verfügbarkeit von Rechenleistung erlaubt es Auslegungsteams, instationäre und skalenauflösende Simulationen immer häufiger einzusetzen. Dies gilt ebenfalls für die Brennkammer- und Turbinenkomponenten eines Strahltriebwerks. Die höhere Genauigkeit dieser Simulationen ist jedoch mit einem Preis verbunden, sowohl in Bezug auf die Rechenressourcen und die Simulationszeit als auch in Bezug auf die Erzeugung erheblich größerer Datenmengen, die gespeichert und verarbeitet werden müssen. Für eine eigenständige Turbinensimulation bedeutet dies, dass die Anforderungen an die Eintrittsrandbedingungen deutlich höher sind. Für eine skalenauflösende Turbinensimulation ist die Berücksichtigung von Brennkammerinstabilitäten und Turbulenzen am Eintritt unabdingbar.

In dieser Arbeit wird eine Methode zur effizienten Speicherung von instationären Felddaten aus einer Brennkammersimulation präsentiert, welche anschließend als Eintrittsrandbedingungen für eine nachfolgende Hochdruckturbinensimulation verwendet werden können. Die Kombination von Proper Orthogonal Decomposition (POD) und Fourier-Reihenentwicklung in der PODFS-Methode wird eingesetzt. Die ausschließliche Berücksichtigung des energetisch relevanten Teils der Daten führt zur Erstellung eines zeitunabhängigen Modells reduzierter Ordnung. Dies führt zu einer signifikanten Reduktion der Datengröße. Die Anwendung dieser instationären Eintrittsrandbedingungen in skalenauflösenden Hochdruckturbinensimulationen zeigt signifikante Unterschiede in den thermischen Feldern und der Filmkühleffektivität auf den Turbinenschaufeln im Vergleich zu stationären RANS-Simulationen mit mittleren Feldern als Eintrittsrandbedingungen. Die Aerodynamik der Schaufeln erfährt durch die Wahl der Eintrittsrandbedingung lediglich eine minimale Beeinflussung. Der signifikante Einfluss der instationären Eintrittsrandbedingungen auf das thermische Verhalten der Schaufeln unterstreicht die Relevanz der Wahl von Eintrittsrandbedingungen, die dem skalenauflösenden Charakter des Simulationsschemas entsprechen, wenn Hochdruckturbinen numerisch untersucht werden.