Luftfahrtantriebe

Numerische Untersuchung von aeroelastischen Instabilitäten in Axialverdichtern mit periodischer Androsselung hervorgerufen durch die druckerhöhende Verbrennung

In diesem Forschungsprojekt werden instationäre Strömungsvorgänge in Hochdruckverdichtern untersucht, welche den Störungen einer druckerhöhenden Verbrennung (im engl. Pressure Gain Combustion – PGC) ausgesetzt sind. Durch den Einsatz neuartiger Verbrennungskonzepte in Gasturbinen (wie der pulsierenden / stoßfreien und der rotierenden Detonationsverbrennung sowie dem Wave-Rotor) überlagern sich die periodischen Störungen mit dem bereits instationären Strömungsfeld benachbarter Schaufelreihen. Die durch PGC induzierten Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen führen insbesondere am Verdichteraustritt zu höchst instationären strömungsdynamischen Phänomenen, aber auch zu strukturellen (aeroelastischen) Effekten.

Mittels numerischer Untersuchungen des instationären Betriebs von ein- und mehrreihigen Schaufelanordnungen soll geklärt werden, in welchem Ausmaß unterschiedliche Leistungsparameter wie der isentrope Wirkungsgrad, Verluste und das Druckverhältnis durch die Verbrennungsstörungen beeinflusst werden. Auf die instationären Ergebnisse werden verschiedene Methoden wie die Proper Orthogonal Decomposition (POD) und die dynamische Modenzerlegung angewandt, um die Entstehung und Ausbreitung von Verlusten innerhalb der einzelnen Gebiete besser beurteilen zu können. Zusätzlich wird die instationäre Dämpfung berechnet, um zu bewerten, wie weit sich die Störungen stromaufwärts ausbreiten. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, inwieweit die prognostizierte thermodynamische Effizienzsteigerung der druckerhöhenden Verbrennung durch die Betriebsverluste der Turbokomponenten gemindert werden könnte.

Im Rahmen der aeroelastischen Analyse wird die Anregung der aerodynamischen Schaufelbelastung berechnet, wobei der ungestörte und der gestörte Betrieb verglichen werden. Die aerodynamische Dämpfung wird mit Hilfe von Zeit- und Frequenzbereichsmethoden wie der Methode der harmonischen Balance berechnet. Sogenannte mode-superposition forced response Analysen können dann die tatsächlichen Auswirkungen von PGC auf die dynamischen Spannungen und Verschiebungen der Rotorschaufeln in Hochdruckverdichtern verdeutlichen.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Victor Bicalho Civinelli de Almeida

Gefördert durch die Manfred Fricke Stiftung, 2019/2020
Gefördert durch die Berlin International Graduate School in Model and Simulation based Research (BIMoS), 2016/2019

Ansprechpartner

Dr.-Ing.

Victor Bicalho Civinelli de Almeida

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

victor.bicalho@tu-berlin.de

+49 30 314-25008

+49 30 314-79448

Referenzen

2021

Bicalho Civinelli de Almeida, V.; Peitsch, D.
Numerical Investigations of a High Pressure Compressor Exposed to Unsteady Pressure Gain Combustion Employing Data-Driven Methods
In ASME, Editor, Band Volume 2D: Turbomachinery — Multidisciplinary Design Approaches, Optimization, and Uncertainty Quantification; Radial Turbomachinery Aerodynamics; Unsteady Flows in Turbomachinery aus Turbo Expo: Power for Land, Sea, and Air
Juni 2021
ISBN
978-0-7918-8493-5

2019

Bicalho Civinelli de Almeida, V.; Motta, V.; Peitsch, D.
Unsteady Aerodynamics of a High Pressure Compressor Working under Pressure Gain Combustion Disturbances
In Gas Turbine Society of Japan, Editor
November 2019

2018

Bicalho Civinelli de Almeida, V.; Peitsch, D.
Aeroelastic Assessment of a Highly Loaded High Pressure Compressor Exposed to Pressure Gain Combustion Disturbances
Journal of the Global Power and Propulsion Society, 2 :477–-492
Oktober 2018
Creative Commons Attribution Non Commercial No Derivatives License (CC BY-NC-ND 4.0)
ISSN: 2515-3080
Bicalho Civinelli de Almeida, V.; Peitsch, D.
Multirow Performance and Aeroelastic Analyses of a Compressor Subjected to Disturbances from Pressure Gain Combustion
In ISUAAAT, Editor
September 2018