Nomenklatur .................................................... ix
1. Einleitung ................................................... 1
1.1. Hintergrund ............................................. 1
1.2. Motivation .............................................. 3
1.3. Zielsetzung ............................................. 4
2. Stand der Forschung .......................................... 7
2.1. Strömungsmechanik ....................................... 7
2.2. Strömungsphänomene im axialen
Turbomaschinen ......................................... 12
2.3. Verlustarten und ihre Ursachen ......................... 17
2.4. Strömungsbeeinflussung und Verlustreduktion ............ 25
2.5. Fazit und Lösungsansatz ................................ 32
3. Entwicklung der Technologie ................................. 35
3.1. Grundlagen der Prozesskette ............................ 35
3.1.1. NURBS Kurven und Flächen ........................ 40
3.1.2. Ray-Casting und Ray-Tracing ..................... 45
3.2. Parameterdarstellung nicht-rotationssymmetrischer
Seitenwände ............................................ 47
3.2.1. Projektion des S1-Netzes ........................ 52
3.2.2. Anwendungsgebiete ............................... 54
3.3. Innovative Axialverdicherauslegung ..................... 54
3.3.1. Automatisierte Optimierung ...................... 55
3.3.2. Die automatisierte Prozesskette ................. 59
4. Validierung ................................................. 63
4.1. Hochgeschwindigkeitsgitter HGG ......................... 63
4.1.1. Versuchseinrichtung zur experimentellen
Überprüfung ..................................... 63
4.1.2. Vergleich von 3D-Strömungssimulation und
Messung ......................................... 67
4.2. Experimentalverdichter IDAC3 ........................... 73
4.2.1. Kennfeld und Betriebspunkte ..................... 75
4.2.2. Vergleich von Strömungssimulation und
Messung ......................................... 76
4.3. Validierung von Endwall-Shaping ........................ 78
4.3.1. Hochgeschwindigkeitsgitter HGG .................. 79
4.3.2. 3.Stufe des Experimentalverdichters IDAC3 ....... 81
4.3.3. Bewertung ....................................... 82
4.4. Validierung des automatischen Optimierers AutoOpti
mit der 3D-Prozesskette ................................ 83
4.4.1. Der Kernoptimierer .............................. 83
4.4.2. 3D-Optimierung .................................. 85
5. Anwendung und numerische Ergebnisse ......................... 87
5.1. Vorbereitende numerische Studien ....................... 87
5.1.1. IDAC3 mit nicht-rotationssymmetrischer
Nabenseitenwand ................................. 87
5.1.2. Voruntersuchung zum ebenen Verdichtergitter
HGG ............................................. 91
5.2. Seitenwandkonturierung im Verdichtergitter ............. 93
5.2.1. Setup und Verlauf der Optimierung ............... 93
5.2.2. Diskussion der Ergebnisse ....................... 98
5.3. Designtransfer zur Turbomaschine ...................... 103
5.3.1. Vorüberlegungen und Umsetzung .................. 103
5.3.2. Ergebnisse ..................................... 106
6. Experimenteller Nachweis ................................... 111
6.1. Versuchsgitter mit konturierten Seitenwänden .......... 111
6.1.1. HGG-2: Messpunkt 1 ............................. 112
6.1.2. HGG-2: Messpunkt 2 ............................. 116
6.2. Analyse der modifizierten Sekundärströmung ............ 119
6.3. Bewertung ............................................. 125
Zusammenfassung ............................................ 127
Literaturverzeichnis ....................................... 139
Tabellenverzeichnis ........................................ 141
Abbildungsverzeichnis ...................................... 144
A. Transsonischer Gitterwindkanal ............................. 145
B. Messergebnisse ............................................. 147
| 
