Please use this persistent identifier to cite or link to this item: doi:10.24405/465
Title: Experimental investigation on the Aerodynamic Performance of a Compressor Cascade in Droplet Laden Flow
Authors: Ober, Birger 
Language: eng
Subject (DDC): Ingenieurwissenschaften
Subject: Gasdruck
Modifikation
Verdichtungskaskade
Strömungstechnik
Gasturbine
Leistungssteigerung
Aerodynamik
Issue Date: 2013
Document Type: Thesis
Abstract: 
Eine Methode zur kurzfristigen Leistungssteigerung von Gasturbinen ist das Eindüsen flüssigen Wassers in den Ansaugbereich des Verdichters. Hierbei handelt es sich um eine etablierte Technik, die in der Lage ist, Minder- leistung, wie sie beispielsweise durch hohe Umgebungstemperaturen her- vorgerufen wird, durch den kühlenden Effekt des verdunstenden Wassers auszugleichen. Allerdings sind die Auswirkungen auf das aerodynamische Verhalten der Verdichterbeschaufelung nicht erschöpfend erforscht. Das Wissen um die Einflüsse, die durch die Anwesenheit flüssiger Wassertropfen in der Verdich- terströmung hervorgerufen werden, ist unverzichtbar in dem Bestreben, das Potenzial dieser Technologie bestmöglich zu nutzen. Ein verbessertes Verständnis der zugrundeliegenden Effekte trägt dazu bei, Gasturbinen eine Leistungscharakteristik zu verleihen, die sie in die Lage versetzen, den gesteigerten Flexibilitätsanforderungen, welche aus der stei- genden Erzeugungskapazität erneuerbarer Energiequellen und den politis- chen Rahmenbedingungen erwachsen, gerecht zu werden. Um die Wissensbasis in diesem Bereich zu erweitern, werden in dieser Arbeit die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen an einer Verdichterkaskade präsentiert. Die Beschaufelung der Kaskade ist abgeleitet von der Rotorbe- schaufelung eines Axialverdichters. Die Versuche behandeln das Verhalten der Beschaufelung bei variierenden Eintrittsmachzahlen, Wasserbeladungen der Strömung und Anstellwinkeln der Beschaufelung. Der Versuchsaufbau besteht im Wesentlichen aus einem geschlossenen Wind- kanal, in dem die Kaskade montiert ist, und einem Phasen Doppler Anemo- meter, einem laserbasierten Messsystem, das in der Lage ist, die Geschwin- digkeit und Größe eines in der Verdichterströmung befindlichen Wassertro- pfens, zu bestimmen. Diese Arbeit umfasst die Beschreibung der Versuchsanlage, die Darstellung der den Versuchen zugrundeliegenden, physikalischen Konzepte sowie die Auswertung und Interpretation der Messergebnisse.?Die Auswertung der Ergebnisse basiert auf den Geschwindigkeitsmessungen der Strömung in Ein- und Austrittsebene der Kaskade sowie im Schaufelka- nal. Die Auswertung zielt darauf ab, die Einflüsse, die durch die Präsenz der Wassertropfen in der Strömung hervorgerufen werden zu identifizieren. Hierzu wird ein Vergleich zu einer Referenzströmung gezogen, die nicht mit Wassertropfen beladen ist. Die Ergebnisse beinhalten qualitative Bewer- tungen zum Verhalten des Wassers auf der Beschaufelung, die Analyse und Bewertung der Geschwindigkeitsprofile im Kaskadenaustritt sowie die Un- tersuchung des Folgeverhaltens verschiedener Tropfenklassen anhand der Messungen im Schaufelkanal. Weiterführende Auswertungen bestimmen den Verlustbeiwert, Abströmwinkel, DeHaller-Zahl und Stromschichtdick- enverhältnis (AVDR) jeder Messreihe. Die Ergebnisse zeigen, dass die in der Strömung vorhandenen Wassertropfen die Aerodynamik der Verdichterströmung teilweise erheblich beeinflussen. Hier sind zwei Haupteffekte zu nennen. Zum einen ein Strömungsablösun- gen dämpfender Effekt, der den Betriebsbereich der Beschaufelung bei sehr niedrigen Anstellwinkeln erweitert und zu verminderten Verlusten führt. Zum anderen ein verlustverstärkender Effekt, der bei mittleren und hohen Anstellwinkeln auftritt und primär auf den auf der Beschaufelung befind- lichen Wasserfilm zurückzuführen ist.
Organization Units (connected with the publication): Thermodynamik 
DOI: https://doi.org/10.24405/465
Advisor: Joos, Franz 
Exam date: 2013-06-25
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