Das Projekt "(Interimsphase) - Themen-Nr. 1.142, 1.420, 1.330, 1.240" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Motoren- und Turbinen Union Friedrichshafen durchgeführt. Siehe hierzu die entsprechenden Teil-Antraege der Ap 1.142/Ap 1.420/Ap 1.330/Ap 1.240.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.113, 1.143, 1.233, 1.242, 1.246, 1.252, 1.322, 1.425" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Motoren- und Turbinen Union Friedrichshafen durchgeführt. Bei der numerischen Optimierung von Verdichter- und Turbinenschaufeln (AP 1.113) steht die Auffaedelung von 2D-Schnitten zu einer starkenden Schaufel im Vordergrund. Die Weiterentwicklung und Validierung eines blockstrukturierten Navier-Stokes-Verfahrens an Hand von Lasermessungen ist Schwerpunkt des AP 1.143. Im AP 1.233 werden Verfahren zur gezielten Auslegung eines Systems zur aktiven Schallminderung fuer Turbomaschinen entwickelt. Zur Berechnung des instationaeren Verhaltens transonischer Axialverdichter an der Stabilitaetsgrenze wird ein vorhandenes 2D-Verfahren auf 3D erweitert (AP 1.242). Die Analyse der am Niedergeschwindigkeitsverdichter der TU-Dresden durchgefuehrten Messungen dienen der Frueherkennung der Verdichterstabilitaet (AP 1.246). Der Gueltigkeitsbereich der unter verschiedenen Annahmen entwickelten Verfahren zur Berechnung der Flatterstabilitaet wird im AP 1.252 untersucht. Im AP 1.322 werden zur Auslegung aerothermisch optimal filmgekuehlter Turbinenschaufeln 3D-Optimierungsstrategien entwickelt. Das Potential zur Verbesserung des Sekundaerstroemungsverhaltens in den Randzonen hochbelasteter Turbinengitterbeschaufelungen wird in AP 1.425 untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.1a, 3.1a, 4.1a und 4.8a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTU Aero Engines AG durchgeführt. Die Arbeiten der MTU konzentrieren sich, mit Fokus auf eine später geplante Umsetzung der Ergebnisse in den Turbokomponenten, auf die Modellierung der Lebensdauervorhersage und Optimierung von Bauteilen und Komponenten für einen fluktuieren-den Betrieb mit hohen Lastzyklen. Im HAP 1' Turbinenbetrieb im Verbund mit Erneuerbaren' entwickelt MTU in Zusammenarbeit mit dem IST RWTH-Aachen in AP 1.1 eine verbesserte Auslegungs- und Bewertungsfähigkeit von Axialverdichtern hinsichtlich des Radial-Spaltströmungseinflusses (Rotor-spalte, Cantilever-Spalte). Im HAP 3 'Lebensdauer bei stark fluktuierendem Betrieb' untersucht MTU in Zusammenarbeit mit dem ITLR der Universität Stuttgart in AP 3.1 die Wärmeübertragung bei fortschrittlichen Kühlkonzepten zur Minimierung des Kühlluftmassenstroms mit Fokus auf schnelle Lastwechselvorgänge im Betrieb. Im HAP 4 'Simulationsverfahren und multi-disziplinäre Optimierung' erweitert MTU in Zusammenarbeit mit RRD und dem TFA der Universität Dresden in AP 4.1 die probabilistischen Auslegungsstrategien für instationär beanspruchte Turbinenbauteile, um die Bauteildimensionierung bei stark fluktuierendem Betrieb zu optimieren. In AP 4.8 soll in Zusammenarbeit MTU mit dem ITLR der Universität Stuttgart durch Verbesserung der numerischen Berechnung von Innenströmungssystemen die Thermalbelastung bei instationärem Betrieb genauer simuliert und damit die Lebensdauer besser bestimmt werden.
Das Projekt "BRR-Anteil AP 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, 2-5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BMW Rolls-Royce durchgeführt. Die Simulation komplexer dreidimensionaler, instationaerer Stroemungen erweist sich zunehmend als notwendige Ergaenzung zu experimentellen Untersuchungen, um das dynamische Systemverhalten von Gasturbinen zu optimieren. Der praktischen Einfuehrung im industriellen Umfeld stehen erhebliche Kosten gegenueber, es ist daher sinnvoll, alle Aspekte im Rahmen einer Pilotstudie zu untersuchen. Beispielhaft soll daher die instationaere Stroemung durch eine Axialverdichterstufe und eine Axialturbinenstufe simuliert werden und die Ergebnisse im Hinblick auf ihre Verwendung im Auslegungsprozess untersucht werden. Um die Rechenkosten abzuschaetzen, soll die Simulation auf verschiedenen Rechnersystemen durchgefuehrt werden und ein Rechnerkonzept fuer die Industrie erstellt werden. Ferner sollen alle Schnittstellen geschaffen werden, die fuer die Integration des Programmsystems in die Auslegungsumgebung geschaffen werden, die fuer die Integration des Programmsystems in die Auslegungsumgebung notwendig sind. Insbesondere wird hierbei auf die Notwendigkeit hingewiesen, angemessene Mittelungsverfahren zu entwickeln, die die Datenflut auf die waehrend der Auslegung verwendeten Groessen (z.B. umfangsgemittelte Stroemungswinkel) reduzieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.131, 1.133, 1.244, 1.261, 1.272 und 1.431" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BMW Rolls-Royce durchgeführt. Vorhaben 1.131: Arbeitsbereich und Wirkungsgradniveau einer Diagonalverdichterstufe mit einem Totaldruckverhaeltnis von 6:1. Im Auslegungspunkt soll dieser gegenueber dem bisher erreichten Stand merklich gesteigert werden. Vorhaben 1.133: Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Festlegung der Designkriterien von CDA-Beschaufelungen anhand einer gemessenen Datenbasis verschiedener CDA-Gitte. Vorhaben 1.244: Experimentelle Untersuchung des Entstehungsmechanismus rotierender Instabilitaeten in axialen Stroemungsmaschinen an einem Niedergeschwindigkeitsverdichter. Analyse der Auswirkungen rotierender Instabilitaeten auf stationaere Auslegungsgroessen. Vorhaben 1.261: Gemeinsame Optimierung von Variablenverstellung sowie Abblasungen in einem zehnstufigen Axialverdichter anhand gemessener Kennfelddaten an einem Verdichterpruefstand. Vorhaben 1.272: Entwicklung eines analytischen Modells zur Beschreibung lokaler und globaler aerodynamischer Instabilitaeten in mehrstufigen Axialverdichtern. Validierung an Messergebnissen, Vergleich mit klassischen Stabilitaetsmodellen und korrelationsbasierten Methoden. Vorhaben 1.431: Entwicklung von verbesserten Auslegungskriterien fuer Turbinenbeschaufelungen unter Beruecksichtigung des Einflusses von Nachlaufmodellen auf en laminar/turbulenten Umschlag. Anschliessende Validierung der Ergebnisse in einem Turbinenring.
Das Projekt "Teilvorhaben: 2.2c und 3.2c" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik durchgeführt. Übergeordnete Ziele der in dem Verbundvorhaben 'Innovative Turbomaschinen für nachhaltige Energiesysteme' (InnoTurbinE) zusammengefassten Arbeitspakete an der Leibniz Universität Hannover sind es, in AP 2.2c das Auftreten so genannter Multiresonanzen und Multigrenzzykeln qualitativ und quantitativ zu beschreiben und in AP 3.2c die Turbulenzverteilung in Verdichtern zu charakterisieren. Multiresonanzen und Multigrenzzykeln wurden bei Schwingungsmessungen an realen Triebwerken nachgewiesen und können bislang weder numerisch richtig abgebildet noch experimentell validiert werden. Das AP 2.2c soll die folgenden Fragen beantworten: 1. Welche Mechanismen führen zu Multiresonanzen und Multigrenzzykeln? 2. Wie lassen sich bisherige Modellierungsansätze zu Multiresonanzen experimentell validieren? 3. Welche experimentell einstellbaren Parameter beeinflussen innere Resonanzen und wie ist ihr Einfluss zu quantifizieren? Zu diesem Zweck sollen mittels Shakertests an Balkenstrukturen vorhandene Berechnungsmethodiken erweitert und angepasst werden. Bisherige Turbulenzmodelle für Axialverdichter haben insbesondere nahe der Kennfeldgrenzen erhebliche Modellierungsdefizite. Dadurch entstehen Unsicherheiten im Auslegungsprozess, was die Effizienz von Turbomaschinen im transienten Betrieb und bei Teillast reduziert. Zur Verbesserung der Modelle sollen mittels Grobstruktursimulationen und experimentellen Versuchen in AP 3.2c die folgenden Fragenstellungen beantwortet werden: 1. Wie verteilen sich der Turbulenzgrad und das turbulente Längenmaß innerhalb einer Verdichterkaskade? 2. Welchen Einfluss hat der Eintrittsturbulenzgrad auf die Turbulenzverteilung und das aerodynamische Verhalten einer Verdichterkaskade in nicht-Auslegungspunkten? 3. Können verfügbare Turbulenzmodelle diesen Einfluss wiedergeben? 4. Welche Defizite haben Turbulenzmodelle für die Mittenschnittströmung einer Verdichterkaskade? Beide Vorhaben tragen damit zu einer umweltfreundlichen Luftfahrt bei.
Das Projekt "Teilvorhaben: 2.1b" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Energie und Umweltverfahrenstechnik, Lehrstuhl für Strömungsmaschinen durchgeführt. Das Forschungsvorhaben untersucht die Auswirkungen der Wassereinspritzung auf das Betriebsverhalten eines Radialverdichters. Die Wassereinspritzung in Axialverdichtern von Gasturbinen ist eine gängige Praxis, um die Leistungsfähigkeit der Turbine zu verbessern. Um dieses Potenzial auch in Radialverdichtern zu nutzen, sind weitere Forschungsarbeiten im Bereich der Flüssigkeitseinspritzung notwendig. Die Radialverdichter werden hauptsächlich in der Prozessindustrie eingesetzt. D.h. die Verdichter haben die Aufgabe neben Luft auch andere Prozessgase wie z.B. Methan (CH4) und weitere Kohlenwasserstoffgemische (CxHx) zu verdichten. Hierbei können unterschiedliche Flüssigkeit-Gas Kombinationen in Frage kommen. Es wird heute schon Wassereinspritzung in einigen Prozessverdichtern eingesetzt, um z.B. in Rohgasverdichtern die Temperatur hinter den Verdichtungsstufen zu reduzieren und so eine Polymerisation des Gases zu vermeiden. Hierbei wird eine einfache Mischungsrechnung durchgeführt und die maximale Menge bis zur Sättigung des Gases ermittelt. Weitere Einflussgrößen wie z.B. die Tropfengrößenverteilung inkl. der Tropfendurchmesser u.a. werden dabei nicht berücksichtigt. Ziel dieses Projektes ist es, die Berechnung und Einflüsse der Wassereinspritzung auf das Betriebskennfeld eines Radialverdichters zu untersuchen. Durch den Aufbau einer Versuchsanlage, bestehend aus einem Radialverdichter, kann das Berechnungsmodell für die Ermittlung des Betriebskennfeldes validiert werden. Dabei ist es auch notwendig, unterschiedliche Düsentypen zu vermessen, da die Herstellerangaben bzgl. der Tropfenverteilung in der Regel auf einer Flüssigkeitseinspritzung in einem statischen Umfeld basieren. Die Ergebnisse werden zur Leistungsoptimierung von Radialverdichtern in der Prozessindustrie genutzt.
Das Projekt "(Interimsphase) - Themen-Nr. 1.213 und 1.323" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Das im Vorhaben 1.212 (Kooperation mit dem Institut fuer Strahlantriebe der TH Aachen) entwickelte Messystem zur Stabilitaetsueberwachung findet Anwendung im Verdichter einer Hochtemperatur-Gasturbine. Zur Weiterentwicklung des Systems werden neben den Messwertaufnehmern fuer die Stabilitaetsueberwachung umfangreiche statische und dynamische Wanddruckmesstellen eingesetzt. Mit Hilfe dieser Messungen soll die axiale Position (Stufen) und die Messkette fuer die Stabilitaetsueberwachung optimiert werden. Zur Ueberpruefung der Stabilitaetsueberwachung wird die Pumpgrenze im Teildrehzahlbereich angefahren.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.4a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MTU Aero Engines AG durchgeführt. In AP1.4a, als Teil des Verbundvorhabens OptiSysKom, werden Untersuchungen von Rotorkavitäten mit verbesserter Luftführung durchgeführt. Die Kavitäten in hinteren Stufen von Axialverdichtern werden häufig nicht nur axial belüftet, sondern auch radial. Dazu wird von außen durch sog. Anti-Vortex-Tubes (AVT) Kühlluft nach innen geführt. So wird vermieden, dass diese Luft großen Drall und damit Druckverlust ausbildet. Die 3-dimensionale Strömungsverteilung ist teils gerichtet, teils chaotisch und stellt daher hohe Anforderungen an die CFD-Simulation. Mit Testaufbauten im Partner-Vorhaben 1.4b an der TU-Dresden werden für unterschiedliche Betriebszustände Messdaten mit AVT gewonnen, mit denen der validierte Bereich von CFD Simulationen, auch unter Berücksichtigung der Wärmetransportvorgänge, deutlich erweitert und die Prognosefähigkeit verbessert wird. Mit den validierten CHT-CFD Simulationen werden bereits in frühen Entwicklungsphasen Vorhersagen der lokalen Temperatur-Gradienten mit verbesserter Zuverlässigkeit ermöglicht . Durch eine genaue Kenntnis der Temperaturverteilungen können Schwachstellen im Design früh erkannt werden und durch entsprechende Anpassungen in der Konfiguration erhebliche Steigerungen von Lebensdauer und/oder Betriebsrobustheit erreicht werden.
Das Projekt "TV 1.132: Raeumliche Stroemungen in transsonischen Verdichtergittern -TV 1.141: Stroemungsuntersuchungen an einem fuenfstufigen Verdichter, Phase II - TV 1.324: Numerische Simulation des instationaeren Waermevergangs an einem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Antriebstechnik durchgeführt. Es wird ein fuenfstufiger Axialverdichter auf dem Zweiwellen-Verdichterpruefstand (M2VP) der DLR adaptiert. Neben einem relativ kurzen Programm fuer Kennfeldmessungen stehen Geschwindigkeits- und Stroemungswinkelmessungen mit dem 3D-L2F-Verfahren im Vordergrund. Es sollen die Stromauf- und Stromabwirkungen in den ersten drei Stufen dieses Verdichters untersucht werden. Dies bedeutet, dass die Messdaten einerseits ueber eine volle Umdrehung des Verdichters aufgenommen werden muessen, da aufgrund der unterschiedlichen Schaufelzahlen der einzelnen Rotoren die Periodizitaet der instationaeren Effekte erst nach einer Umdrehung gewaehrleistet ist. Andererseits ist es notwendig, dass mindestens ueber eine Teilung des Vorleitrades umfangtraversiert werden muss. Die Teilungen der nachgeschalteten Statoren sind aufgrund der zunehmenden Schaufelzahl und der abnehmenden Durchmesser wesentlich kleiner; somit werden die Stufenwechselwirkungen in ihrer Gesamtheit erfasst.
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