Fluiddynamik schafft Verbesserungen für das Turbinentriebwerk-Design
Wirksame Wärmeübergänge und Fluidströmungen in Turbinen-Kühlsystemen bilden einen wichtigen Faktor für den Wirkungsgrad von Turbinentriebwerken. Ein verbessertes Triebwerksdesign würde aufgrund niedrigerer Kühllufttemperaturen innerhalb des Triebwerks zu geringerem Kraftstoffverbrauch und einer längeren Lebensdauer der einzelnen Komponenten führen. Unter dem Aspekt, Verbesserungen im Design der internen Kühlsysteme von Gasturbinentriebwerken zu schaffen, wurden die Probleme des Wärmetransfers und der Strömungsverhältnisse innerhalb dieser Systeme eingehend untersucht. Im Einzelnen wurde die Effizienz der Kranzdichtung als Funktion der Strömung in diesem Bereich sowie der Kranzdichtungsgeometrie analysiert. Dazu wurden die Positionierung der Dichtungen relativ zu anderen Triebwerkskomponenten sowie Variationen des Dichtungsspaltes eingehend untersucht. Dabei wurden Korrelationen festgestellt, mit denen sich der Test- und Instrumentierungsaufwand während der Triebwerksentwicklung möglicherweise verringern lässt. Zudem könnte sich der Kraftstoffverbrauch allein durch Verringern der Kranzdichtungsströmung um bis zu 1% senken lassen. Ein weiteres Verfahren zur Optimierung des Triebwerksdesigns ist der Entwurf von Goldstandard-CFD-Modellen. Nach diesem Verfahren lassen sich voll dreidimensionale, zeitabhängige Vorhersagen der Gasaufnahme in einem Turbinenscheibenkranz erstellen. Die Strömungen am Haupt-Innenzahnrad sowie die vorder- und rückseitigen Strömungen werden in Modellen simuliert, um zu Aussagen über die optimalen Bedingungen für die Kranzdichtungsspalten zu gelangen. Nach weiterer Entwicklung wird das Modell in der Lage sein, die wichtigsten physikalischen Strömungsmechanismen exakt nachzubilden. Diese Tools für das optimierte Design sind sowohl für moderne Flugzeugtriebwerke als auch für Gasturbinen zur Stromerzeugung anwendbar. Mit den Ergebnissen aus diesem Projekt werden die europäischen Turbinentriebwerkshersteller in die Lage versetzt, ihre Leistungen zu verbessern und damit wettbewerbsfähig zu bleiben.
