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Zusammenfassung

Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war die Bestimmung örtlicher Wärmeübergangskoeffizienten an einer gekühlten Gasturbinenlaufschaufel. Die Begründung für die Untersuchung ergab sich aus der spärlichen Kenntnis über die Strömungsverhältnisse in umlaufenden Schaufelkanälen und deren Auswirkung auf die Wärmeströmung in der Laufschaufel. Die Ergebnisse der Arbeit lassen sich in folgenden Punkten zusammenfassen:
  • Durch die Verknüpfung von Untersuchungen im wärmetechnischen und im elektrischen System wird es möglich, die örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten auf indirektem Weg mit einer Genauigkeit von + 10% zu bestimmen.

  • Messungen an der Laufschaufel einer Versuchsgasturbine bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen liefern gasseitige und kühlkanalseitige Temperaturverteilungen des Fuß-, Teil- und Kopfkreises der Schaufel.

  • Messungen an einem dreidimensionalen Analogiemodell der Laufschaufel liefern Verteilungen der Wärmeübergangskoeffizienten an der äußeren Profilberandung und Temperaturfelder im Schaufelschnitt. Die Untersuchungen bleiben zunächst auf den Teilkreis beschränkt.

  • Der Verlauf der örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten läßt sich mit den instationären Anströmverhältnissen sowie mit der Ausbildung einer turbulenten Mischzone im Schaufelkanal erklären. Die Modellvorstellungen über die Entwicklung und Form der Grenzschicht an stationär umströmten, ebenen Gittern lassen sich auf die Strömungsvorgänge an der Laufschaufel nicht übertragen.

  • Die Ergebnisse gelten für einen Reynolds-Zahl-Bereich der Anströmung von Rew1 = 0,4.105 bis Rewl = 0,6.105. Bleiben Anströmmachzahl und Anströmrichtung konstant, so ändern sich die örtlichen Wärmeübergangskoeffizienten nur mit der Reynolds-Zahl.

  • Die Änderung der Anströmrichtung im Bereich zwischen i = −2° und i = +5° bringt nur geringfügige Veränderungen der örtlichen Wärmeübergangsverteilung, weil die instationäre Anströmung zum Profil Winkeländerungen in diesem Bereich unwirksam werden läßt.

  • Die Erhöhung des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten an der Turbinenlaufschaufel gegenüber dem am stationär angeströmten Gitter ist zum großen Teil auf die Wirkung der instationären Anströmung auf den Bereich der Vorderkante zurückzuführen.

  • Die Untersuchungsergebnisse lassen sich nur sehr bedingt mit Ergebnissen an ebenen Gittern vergleichen. Die Größenordnung der Wärmeübergangskoeffizienten entspricht der aus anderen Meß- und Rechenergebnissen.

  • Bestimmung der Wärmeübergangsverhältnisse an der Scheibe, verbunden mit der Ermittlung des Temperaturfeldes der Scheibe, bedarf einer genauen Kenntnis der äußeren Randbedingungen. Vorliegende Ergebnisse zeigen erhebliche Unterschiede zwischen dem gekühlten und dem nicht gekühlten Fall bezüglich der Wärmeströmung in der Scheibe.

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Copyright information

© Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1976

Authors and Affiliations

  • Wilfried Kühl
    • 1
  • Otto David
  1. 1.Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen der Rhein.-WestfTechn. Hochschule AachenDeutschland

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