Untersuchung zum Einfluss des Spaltwirbels auf die Entstehung und Entwicklung Rotierender Instabilitäten im stehenden Gitter

Ziel dieses Verbundprojekts ist die Erforschung von Strömungsinstabilitäten in Axialverdichtern nahe der Stabilitätsgrenze. Im Detail geht es um die Untersuchung der sogenannten Rotierenden Instabilität (RI) und deren Entstehungsmechanismus. Bei der RI handelt es sich um ein Strömungsphänomen, bei dem deterministische Druckschwankungen in Umfangsrichtung umlaufen. Im Frequenzspektrum ist das Einsetzen der RI durch die Ausbildung einer charakteristischen modalen Signatur identifizierbar.

Bisherige Modellvorstellungen mit spaltinduzierten Wirbelsystemen bieten keine ausreichende Erklärungsgrundlage für die Entstehung der umfangsgekoppelten Druckschwankungen. Eigene Untersuchungen, welche deutliche RI Signaturen  an einem spaltfreien Verdichterstator darlegen, stehen damit sogar im Widerspruch zu existierenden Modellen.  Aufbauend auf den Ergebnissen aller Teilprojekte soll daher eine neue Modellvorstellung als Erklärungsmöglichkeit für die Entstehung des RI Phänomens entwickelt werden.

Das spezifische Ziel dieses Teilprojekts besteht darin, die Auswirkungen der RI auf die Strömungsstrukturen innerhalb und stromauf der Schaufelpassage zu untersuchen. Neben der Identifikation von Verlustquellen, wird die Relevanz der RI als Vorstufe zum Rotating Stall adressiert. Die experimentellen Untersuchungen werden an einer Axialverdichter-Stator-Kaskade mit  Nabenspalt durchgeführt. Die Untersuchungen der stationären und instationären Strömungsfelder werden mit piezoresistiven Drucksensoren, Miniaturfünflochsonden sowie Hitzdrahtanemometrie realisiert. Weiterhin wird das Ölanstrichverfahren für die Visualisierung der Strömung auf den Seitenwänden und den Schaufeln genutzt.

Das Projekt wird im Rahmen des DFG-Verbundprojektes „Strömungsinduzierter Schall in Turbomaschinen -Die Rotierende Instabilität-“ mit den Fachgebieten Fluidsystemdynamik, Numerische Methoden der Fluiddynamik der TU Berlin und der Abteilung für Triebwerksakustik des DLR Berlin durchgeführt.