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Untersuchung der Strömung in beschaufelten Brennkammerdiffusoren unter dem Einfluss angrenzender Gasturbinenkomponenten

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Technische Universität
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Abstract

Untersuchung der Strömung in beschaufelten Brennkammerdiffusoren unter dem Einfluss angrenzender Gasturbinenkomponenten Brennkammerdiffusoren befinden sich zur Geschwindigkeitsreduktion und dem damit verbundenen statischen Druckrückgewinn zwischen dem Verdichter und der Brennkammer von Gasturbinen. Das Herabsetzen der hohen Verdichteraustrittsgeschwindigkeit ist eine Voraussetzung für die effektive und stabile Verbrennung in der Brennkammer. Zur experimentellen Untersuchung des Einflusses, den stromauf- und stromabwärts gelegene Strömungskomponenten auf den Druckrückgewinn und die Strömungsverluste in Brennkammerdiffusoren ausüben, wurde eine Versuchsanlage entwickelt, die eine Variation der Ein- und Austrittsbedingungen erlaubt. Durch den verwendeten modellierten Axialverdichter konnten verschiedene Verdichterbetriebspunkte simuliert und eine systematische Veränderung der Diffusorzuströmung hervorgerufen werden. Die mit Fünflochsonden, Hitzdrahtsonden und piezoresistiven Druckaufnehmern gemessenen Auswirkungen auf die Diffusorströmung zeigten einen positiven Effekt der periodisch instationären Abströmung des Verdichters auf den Druckrückgewinn, der bis zu 11% betrug. Die Frequenz der für Verdichter typischen Ungleichmäßigkeiten in der Abströmung wurde variiert um die beobachtete Verbesserung zu untersuchen. Des Weiteren wurde die Luftführung in der Brennkammer verändert und damit die Abströmung aus dem Brennkammerdiffusor beeinflusst. Die Aufstauwirkung des stromab des Diffusors angeordneten Flammrohres in der Ringbrennkammer verbesserte den Druckrückgewinn im Diffusor, der zuvor teilweise Ablösungen aufwies, um bis zu 24%. Eine einseitige Drosselung der Brennkammer führte zu unsymmetrischen Abströmbedingungen für den Diffusor, was Strömungsablösungen und verschlechterte Druckrückgewinne zur Folge hatte. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit wird die Wichtigkeit der Berücksichtigung von Randbedingungen, unter denen Brennkammerdiffusoren zum Einsatz kommen, deutlich. Durch die Versuche konnte gezeigt werden, welche Randbedingungen sich besonders positiv oder negativ auf die Diffusorströmung in der speziellen Einbausituation in Gasturbinen auswirken. Der Konstrukteur von Brennkammerdiffusoren kann durch die erzielten Ergebnisse auf die wesentlichen Parameter sensibilisiert werden, die bei der Auslegung der Komponente berücksichtigt werden sollten.

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