Niedergeschwindigkeits-Gittermessstrecke, Göttingen (NGG)



 

Photo des Windkanals NGG
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Messstrecke des NGG mit AITEB-1-Gitter
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Turbulenzgitter in der Zuströmdüse des NGG

Der Windkanal NGG wird in ähnlicher Weise wie der Windkanal für Ebene Gitter (EGG). intermittierend nach dem Prinzip eines 'Blow-Down-Kanals' betrieben. Die Zuströmung wird der Umgebungsluft entnommen, durch die Messstrecke geleitet und anschließend in einen 10000 m³ großen Vakuumkessel abgeleitet. Letzterer wird mit drei Wasserringpumpen evakuiert wodurch bei der untersuchten Konfiguration Betriebszeiten bis zu 20 Minuten möglich sind. Der durch die Messstrecke geleitete Massenstrom wird mit Hilfe eines verstellbaren Diffusors begrenzt, wodurch sich der Druck der Abströmung und damit die isentrope Abströmmachzahl einstellen lässt. Da für die zunächst durchzuführenden Messungen sehr 'betriebsnahe' Randbedingungen untersucht werden sollten, konnte auf eine aufwendige Beruhigung der Zuströmung verzichtet werden, wodurch der Einlauf sehr kurz ausfällt.
In die Messstrecke des NGG wird Luft direkt aus der Halle eingesaugt, d.h. im Vergleich zum EGG. fehlt ein Lufttrockner im Einlauf. Folglich ist es nicht ratsam, in der Messstrecke Machzahlen größer 1 einzustellen, weil dann Kondensation auftreten würde. Ansonsten sind aber in der Messstrecke Massenflüsse gleicher Größenordnung wie am EGG einstellbar. Im Vergleich zum EGG können jedoch wesentlich größere Modellschaufeln eingebaut werden, so dass detailliertere Untersuchungen möglich sind.

Um Messungen bei verschiedenen Turbulenzgraden durchführen zu können, kann ein aktives Turbulenzgitter dem Einlauf vorgeschaltet werden, mit dessen Hilfe der Turbulenzgrad der Zuströmung auf über 10% angehoben werden kann.

Windkanal-, Sondensteuerung und die Datenerfassung erfolgen über zwei Personalcomputer, die mit einer SIMATIC-Software der Fa. Siemens und einer LabView-Software der Firma National Instruments ausgerüstet sind. Weitere Einrichtungen sind Druckluftanschlüsse und Blenden, um Ausblaseluft zur Turbulenzerzeugung und zur Simulation von Kühl- und Leckluft zur Verfügung zu stellen.

 

 Messstrecke zur Untersuchung von 3D-Sekundärströmungen
zum Bild Messstrecke zur Untersuchung von 3D-Sekundärströmungen

Die Messstrecke des NGG wurde dezidiert für das europäische Forschungsvorhaben AITEB I (Aerothermal Investigations on Turbine Endwalls and Blades) verwendet, dementsprechend sind die Einbauten allein diesem Vorhaben angepasst. Bei AITEB I handelte es sich um ein Forschungsvorhaben zur Untersuchung der Sekundär- und Leckluftströmung in Schaufelkränzen von Turbinen und deren Einfluss auf den Wärmeübergang.

Die Profile des AITEB-I-Gitters weisen eine Schaufelhöhe von 50% des entsprechenden realen Niederdruck-Leitgitters auf und entsprechen in ihrer Geometrie dem Gehäusebereich hinter einem mit einem Deckband versehenen Rotorgitter. Die Ober- und Unterseite der Messtrecke ist gemäß numerischen Voruntersuchungen, stromlinienförmig geometrisiert. Mit Hilfe von Klappen über der 1. bzw. 3 Schaufel, kann die Periodizität des Strömungsfeldes fein justiert werden. Zur Simulation von Leckluft Einflüssen auf die Sekundärströmung eines nachfolgenden Statorgitters kann aus einem Schlitz vor der Gittereintrittsebene, Druckluft unter verschiedenen Ausströmwinkeln in die Hauptströmung ausgeblasen werden

Einige charakteristische Parameter des Windkanals bei eingebautem AITEB-1-Gitter sind in folgender Tabelle aufgeführt:

 

Zuströmdruck und -temperatur atmosphärisch
Maximale Messzeit 20 min
Abströmmachzahl 0.1 ... 1.0
Reynoldszahl bezogen auf die Sehnenlänge 2 ·106

 

Ergebnisse von Untersuchungen im NGG im Rahmen des Forschungsvorhabens AITEB-1 sind in folgender Veröffentlichung enthalten:
Rehder, H.-J., Dannhauer, A.:
Experimental Investigation of Turbine Leakage Flows on the 3D Flow Field and End Wall Heat Transfer
ASME Technical paper GT2006-90173, 2006

 

Autoren: Fritz Kost, Hans-Jürgen Rehder, Axel Dannhauer


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Handout zum NGG (http://www.dlr.de/at/Portaldata/20/Resources/dokumente/tu/NGG_web.pdf)