Zur Interaktion von Filmkühlung und Heißgasströmung auf konturierten Turbinenseitenwänden
von Johannes KneerDie größten Optimierungspotentiale bei Turbomaschinen liegen heute nicht mehr im rein technologischen Fortschritt der Einzelkomponenten, sondern zunehmend im verbesserten Zusammenspiel der Komponenten und Teilsysteme. Als Schnittstelle zwischen der Brennkammer und der restlichen Turbine nimmt die erste Turbinenleitreihe hier eine zentrale Rolle ein. Die Einführung neuer Magerverbrennungskonzepte wird die thermische Belastung der Turbinenseitenwand weiter erhöhen. Neue dreidimensionale Konturierungen der Seitenwand erlauben eine Reduktion der aerodynamischen Verluste. Die Integration dieser neuen Konzepte mit dem Kühlsystem, bei einer weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades, stellt eine gewaltige Herausforderung dar.
Gegenstand dieser Studie sind Wärmeübergang und Filmkühleffektivität auf einer solchen konturierten Seitenwand mit Interaktion der Sekundärströmung und Filmkühlung. Die experimentellen Ergebnisse werden unter Zuhilfenahme von begleitenden numerischen Berechnungen des Strömungsfelds erklärt und interpretiert. Eine neuartige Methodik zur Datenreduktion erlaubt es dem Entwicklungsingenieur, während der aerothermischen Auslegung von thermisch hochbelasteten filmgekühlten Leitgittern auf existierende Korrelationen der Filmkühlung zurückzugreifen. Darüber hinaus stellen die erzeugten experimentellen Daten eine Validierungsbasis für dreidimensionale CFD-Rechnungen dar, bei denen erweiterte Modelle zur Vorhersage der Grenzschichttransition in Filmkühlkonfigurationen unter dem Einfluss von Sekundärströmungen bewertet werden sollen.
