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Filmkuhlung Hochbeanspruchter Turbinenschaufelhinterkanten: Warmeubergang Und Stromung Im Nahfeld Praxisbezogener Ausblasespalte

AUTHOR Martini, Patrick
PUBLISHER Logos Verlag Berlin (09/28/2008)
PRODUCT TYPE Paperback (Paperback)

Description
Durch das von der CO2-Problematik sowie steigenden Roholpreisen getriebene Bestreben nach einer weiteren Erhohung von Wirkungsgrad und Nutzleistung wird der Trend zu noch hoheren Turbineneintrittstemperaturen auch in Zukunft die Entwicklung auf dem Gebiet der stationaren Gasturbinenanlagen und Flugtriebwerke pragen. Bereits heute werden am Turbineneintritt Heissgastemperaturen von bis zu 2000K erreicht. Da dies weit uber den maximalen Einsatztemperaturen gangiger Hochtemperaturwerkstoffe liegt, ist eine intensive Kuhlung der heissgasfuhrenden Komponenten in der Gasturbine unabdingbar. Moderne Gasturbinen haben einen erheblichen Kuhlluftbedarf. Da die Kuhlluft nicht am Energieumsatz in der Brennkammer teilnimmt ist der Kuhllufteinsatz stets mit unerwunschten Leistungs- und Wirkungsgradeinbussen verbunden. Hauptziel der Kuhlungsentwicklung ist es folglich den Kuhlluftbedarf durch konsequente Weiterentwicklung der Kuhlverfahren auf ein Minimum zu reduzieren. Die adaquate Kuhlung der empfindlichen Turbinenschaufelhinterkanten erweist sich als besonders anspruchsvoll. Aus aerodynamischer Sicht sind die Hinterkanten der Leit- und Laufschaufeln moglichst dunn auszufuhren. Die damit einhergehenden Bauraumbeschrankungen erschweren die Integration des Kuhldesigns, so dass die Warmeabfuhr aus diesem, fur die Lebensdauer der Schaufel kritischen Bereich eine grosse Herausforderung darstellt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse fortschrittlicher Konzepte zur Filmkuhlung der Turbinenschaufelhinterkante. Anhand detaillierter experimenteller Untersuchungen fur eine Reihe praxisbezogener Ausblasespalte zur Filmkuhlung der Schaufelhinterkante wird der Frage nachgegangen, welche Auswirkungen nahe am Kuhlluftaustritt positionierte Turbulatorfelder auf das Stromungsgeschehen und den Warmeubergang entlang der filmgekuhlten Versatzflache besitzen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Ausbildung periodisch instationarer Stromungszustande gelegt und ihr Einfluss auf die lokale Filmkuhlwirkung quantifiziert. Fur einen uber die experimentellen Moglichkeiten hinausgehenden Einblick in die bei der Filmkuhlung der Schaufelhinterkante komplexe Heissgas-Kuhlluft-Interaktion werden den experimentellen Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit umfangreiche numerische Stromungssimulationen zur Seite gestellt. Da die bislang verwendeten Modelle die Kuhlfilmausmischung an der Hinterkante nicht verlasslich vorhersagen, wurden die numerischen Berechnungen zur Filmkuhlung durch Spaltausblasung hier erstmalig unter Einsatz so genannter hybrider Turbulenzmodellierung durchgefuhrt. Die Berechnungsergebnisse veranschaulichen auf eindrucksvolle Weise das faszinierende anisotrope und teils koharente Wirbelgeschehen, dass die Kuhlfilmausmischung auf der Hinterkante der Turbinenschaufel bestimmt. Mit einem vollstandigen experimentellen Datensatz, einem validierten Berechnungsverfahren und den hieraus gewonnenen Erkenntnissen werden dem mit der Kuhlungsauslegung betrauten Ingenieur wertvolle, sorgfaltig dokumentierte Informationen und Methoden fur eine exakte Kuhlungsauslegung im Bereich der Schaufelhinterkante an die Hand gegeben.
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Product Format
Product Details
ISBN-13: 9783832520007
ISBN-10: 3832520007
Binding: Paperback or Softback (Trade Paperback (Us))
Content Language: German
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Page Count: 206
Carton Quantity: 1
Country of Origin: US
Subject Information
BISAC Categories
Technology & Engineering | General
Descriptions, Reviews, Etc.
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Durch das von der CO2-Problematik sowie steigenden Roholpreisen getriebene Bestreben nach einer weiteren Erhohung von Wirkungsgrad und Nutzleistung wird der Trend zu noch hoheren Turbineneintrittstemperaturen auch in Zukunft die Entwicklung auf dem Gebiet der stationaren Gasturbinenanlagen und Flugtriebwerke pragen. Bereits heute werden am Turbineneintritt Heissgastemperaturen von bis zu 2000K erreicht. Da dies weit uber den maximalen Einsatztemperaturen gangiger Hochtemperaturwerkstoffe liegt, ist eine intensive Kuhlung der heissgasfuhrenden Komponenten in der Gasturbine unabdingbar. Moderne Gasturbinen haben einen erheblichen Kuhlluftbedarf. Da die Kuhlluft nicht am Energieumsatz in der Brennkammer teilnimmt ist der Kuhllufteinsatz stets mit unerwunschten Leistungs- und Wirkungsgradeinbussen verbunden. Hauptziel der Kuhlungsentwicklung ist es folglich den Kuhlluftbedarf durch konsequente Weiterentwicklung der Kuhlverfahren auf ein Minimum zu reduzieren. Die adaquate Kuhlung der empfindlichen Turbinenschaufelhinterkanten erweist sich als besonders anspruchsvoll. Aus aerodynamischer Sicht sind die Hinterkanten der Leit- und Laufschaufeln moglichst dunn auszufuhren. Die damit einhergehenden Bauraumbeschrankungen erschweren die Integration des Kuhldesigns, so dass die Warmeabfuhr aus diesem, fur die Lebensdauer der Schaufel kritischen Bereich eine grosse Herausforderung darstellt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse fortschrittlicher Konzepte zur Filmkuhlung der Turbinenschaufelhinterkante. Anhand detaillierter experimenteller Untersuchungen fur eine Reihe praxisbezogener Ausblasespalte zur Filmkuhlung der Schaufelhinterkante wird der Frage nachgegangen, welche Auswirkungen nahe am Kuhlluftaustritt positionierte Turbulatorfelder auf das Stromungsgeschehen und den Warmeubergang entlang der filmgekuhlten Versatzflache besitzen. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Ausbildung periodisch instationarer Stromungszustande gelegt und ihr Einfluss auf die lokale Filmkuhlwirkung quantifiziert. Fur einen uber die experimentellen Moglichkeiten hinausgehenden Einblick in die bei der Filmkuhlung der Schaufelhinterkante komplexe Heissgas-Kuhlluft-Interaktion werden den experimentellen Untersuchungen in der vorliegenden Arbeit umfangreiche numerische Stromungssimulationen zur Seite gestellt. Da die bislang verwendeten Modelle die Kuhlfilmausmischung an der Hinterkante nicht verlasslich vorhersagen, wurden die numerischen Berechnungen zur Filmkuhlung durch Spaltausblasung hier erstmalig unter Einsatz so genannter hybrider Turbulenzmodellierung durchgefuhrt. Die Berechnungsergebnisse veranschaulichen auf eindrucksvolle Weise das faszinierende anisotrope und teils koharente Wirbelgeschehen, dass die Kuhlfilmausmischung auf der Hinterkante der Turbinenschaufel bestimmt. Mit einem vollstandigen experimentellen Datensatz, einem validierten Berechnungsverfahren und den hieraus gewonnenen Erkenntnissen werden dem mit der Kuhlungsauslegung betrauten Ingenieur wertvolle, sorgfaltig dokumentierte Informationen und Methoden fur eine exakte Kuhlungsauslegung im Bereich der Schaufelhinterkante an die Hand gegeben.
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