Lokalisierung und Visualisierung der Rotierenden Instabilität in einem stehenden Verdichterringgitter

Turbomaschinen kommen in zahlreichen Anwendungen wie in der Energieerzeugung, in Flugzeugantrieben oder industriellen Produktionsanlagen zum Einsatz und sind in der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Um sie energieeffizienter zu gestalten, kann entweder das Druckverhältnis erhöht oder der Arbeitsbereich erweitert werden. Dies führt die Maschinen jedoch an ihre Stabilitätsgrenze bei der Strömungseffekte auftreten können, die vom Einbruch der Leistung bis hin zum Versagen der Maschine führen können. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit experimentellen Untersuchungen zu einem dieser Strömungseffekte, der „Rotierenden Instabilität“ (RI). Im ersten Teil der Arbeit wird auf die grundlegenden Begrifflichkeiten und das Strömungsverhalten in einem Verdichter eingegangen. Im weiteren Verlauf werden das zu untersuchende stehende Verdichtergitter und die konstruktiven Maßnahmen zur Realisierung von optischen Messverfahren beschrieben. Nach dieser Einführung wird auf die Ergebnisse der High-Speed Particle Image Velocimetry Messungen eingegangen. Die zeitlich gemittelten Strömungsfelder dienen am Anfang zur Beschreibung der Randbedingungen. Weiterhin wird auf die Entwicklung der gemittelten Strömungsprofile über der Lauflänge eingegangen. Die anschließenden Analysen der instationären Strömungsfelder weisen die charakteristischen Eigenschaften der RI, die bisher hauptsächlich nur mit wandbündigen Drucksensoren und Mikrofonen nachgewiesen wurden, in der Strömung bzw. den Strömungsfeldern nach. Anhand der weiterführenden Auswertung werden die markanten Frequenzen aus der Kammstruktur der RI zur Visualisierung verwendet und über die gemessenen Ebenen aufgetragen. Damit lässt sich das Gebiet der RI im Verdichtergitter eindeutig lokalisieren, begrenzen und über die Intensität auf den Entstehungsort schließen. Damit liefert diese Arbeit einen Baustein für die im Verbundprojekt entstandene neue Hypothese zum Entstehungsmechanismus der RI.