Experimentelle Untersuchung der Aerodynamik einer mit Wassertropfen beladenen Luftströmung in einem ebenen Verdichtergitter

Publication date
2011
Document type
PhD thesis (dissertation)
Author
Eisfeld, Tjark
Advisor
Joos, Franz
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2011-11-01
Organisational unit
DDC Class
620 Ingenieurwissenschaften
Keyword
Verdichter
Nassverdichtung
Zweiphasenströmung
Aerodynamik
Tropfen
Abstract
Diese Arbeit befasst sich mit der Technik der Wassereindüsung in Gasturbinenverdichter, die eine kurzfristige Leistungserhöhung von Gasturbinenkraftwerken sowie Gas- und Dampfkraftwerksanlagen (GuD) zum Ziel hat. Diese Methode ist insbesondere für ältere Anlagen bereits erprobt, birgt jedoch weiteres Entwicklungspotential, da die thermodynamischen und aerodynamischen Auswirkungen der Wassereindüsung in Verdichter bis heute noch nicht vollständig verstandensind. --- Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit eine theoretische Einführung in die Thermodynamik des Gasturbinenprozesses mit Nassverdichtung gegeben,wobei sich abgängig von den Prozessparametern Potentiale bezüglich einer Wirkungsgradverbesserung gegenüber dem trockenen Prozess zeigen. In einer aerodynamischen Betrachtung des Verdichters wird jedoch deutlich, dass der Verdichterwirkungsgrad mit der Steigerung des eingedüsten Wassermassenstromes abnimmt, sofern die Auslegung auf den trockenen Betrieb optimiert ist. --- Des Weiteren wird das aerodynamische Verhalten einer Verdichterbeschaufelung bei Wassereindüsung experimentell in einem ebenen Gitterwindkanal untersucht. Hierzu wird insbesondere die berührungslose Messtechnik der Phasen Doppler Anemometrie eingesetzt. Diese ist in der Lage, das Strömungsfeld im Verdichtergitter in hoher Auflösung abzubilden. --- Aus den Ergebnissen der Messungen wird ersichtlich, dass der Einfluss der Wasserbeladung auf die Verdichteraerodynamik durch Trägheitseffekte dominiert wird. Bei subsonischen Verdichterströmungen führt die Anwesenheit von Wassertropfen zu höheren Verlusten. Bei transsonischer Strömung werden die Verluste durch die Verdichtungsstöße und die damit einhergehende Stoß- Grenzschicht-Interferenz durch die Wassereindüsung verringert. Infolgedessen sinkt in diesem Fall der Verlustbeiwert der Beschaufelung. Gleichzeitig werden stoßinduzierte Ablösungen unterdrückt und ein größerer maximaler Umlenkwinkel erreicht.
Version
Not applicable (or unknown)
Access right on openHSU
Open access