Zur Strömungsphysik der turbulenten Mischung an filmgekühlten Turbinenschaufel-Hinterkanten

In Fortsetzung früherer Arbeiten am Institut für Thermische Strömungsmaschinen befasst sich der Autor
des vorliegenden Bandes der Schriftenreihe mit der Untersuchung filmgekühlter Hinterkanten von thermisch
hochbelasteten Gasturbinenschaufeln. Zur Reduktion von aerodynamischen Verlusten sind die
Hinterkanten häufig mit einer zurückgeschnittenen Druckseite ausgeführt. Die vorangegangenen Arbeiten
hatten gezeigt, dass periodisch an der Lippe der zurückgeschnittenen Druckseite ablösende Wirbel
mit der Filmströmung entlang der Kühlfläche interagieren und die lokale Kühleffektivität massiv beeinflussen.
Herr Schneider widmet sich in seiner Arbeit der Frage, weshalb eine Steigerung der Ausblaserate
der Filmkühlung unter bestimmten Voraussetzungen die Kühlwirkung nicht verbessert sondern sie sogar
reduziert. Zur Klärung dieser Fragestellung wählt Herr Schneider eine rein numerische Vorgehensweise
unter Verwendung zeitlich und örtlich hochaufgelöster Verfahren, die den größten Teil des turbulenten
Spektrums direkt berechnen. Mit diesem Ansatz reduziert er einerseits die bei der klassischen Turbulenzmodellierung
auftretenden Fehler auf ein Minimum und nutzt andererseits die Möglichkeit, die für
die Mischung relevanten turbulenten Strukturen zu identifizieren und im Detail zu analysieren. Seine
numerischen Studien führt er anhand zweier praxisrelevanter abstrahierter Hinterkantenkonfigurationen
durch. Zu beiden Fällen liegen experimentelle Ergebnisse vor, die zur Validierung des numerischen Verfahrens
herangezogen werden. Mit Hilfe der hochaufgelösten Grobstruktur-Simulation gelingt es Herrn
Schneider, den an die kohärenten Strukturen gekoppelten Wärmetransport aufzuzeigen. Darüber hinaus
wird der Einfluss der Turbulenz der im Kühlkanal eingebauten Streben auf das Mischungsfeld sowie auf
die Ausbildung bzw. Unterdrückung von kohärenten Strömungsstrukturen an der zurückgeschnittenen
Lippe deutlich. Die vorliegende Arbeit liefert somit weitere wertvolle Hinweise für die aerothermische
Auslegung gekühlter Hinterkanten von Gasturbinenschaufeln. Darüber hinaus hilft sie bei der Auswahl
von geeigneten numerischenModellierungsansätzen zur Unterstützung der Auslegung durch eine begleitende
numerische Analyse.