Die Forderung nach gesteigerter Leistung und einem verbesserten thermischen Wirkungsgrad von Gasturbinen kann erfüllt werden in dem die Turbineneintrittstemperatur gesteigert wird. Die gesteigerte Turbineneintrittstemperatur wiederum erhöht die thermischen Belastungen auf die Materialien, was zu einer signifikanten Reduktion der Lebensdauer der Turbinen führt. In modernen Gasturbinen kommen daher aufwendige Schaufelkühlmethoden zum Einsatz.
Ein vollständiges Verständnis der fundamentalen Aero- und Thermodynamischen Phänomene ist von entscheidender Bedeutung zur weiteren Verbesserung der Schaufelkühlmethoden. Die Turbinen-Schaufelkühlung lässt sich entsprechend der Strömungsphysik in zwei Themengebiete unterteilen: Die innere und die äußere Schaufelkühlung.
Im Inneren der Schaufel wird zur Verbesserung des konvektiven Wärmeübergangs ein hochgradig turbulentes Strömungsfeld mit zahlreichen Ablösungen und Rückströmungen erzeugt. Zur Beschreibung der Grenzschichten werden derzeit anisotrope Turbulenzmodelle untersucht. Auf der Außenseite der Schaufeln hingegen soll ein möglichst geringer Wärmeübergang in die Schaufel erreicht werden. Hier stehen Phänomene wie Stoß-Grenzschicht-Interaktionen und Kühluftstrom-Heißgas Wechselwirkungen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Zusätzlich zu der Modellierung der Strömung ist die Wärmeleitung in der Schaufel von Interesse da sich Temperaturverteilung auf der Schaufeloberfläche und die Strömung wechselseitig beeinflussen. Die Koppelung eines FEM-Lösers für die Wärmeleitungsgleichung mit dem URANS- Löser ist ein möglicher Ansatz.
Zur Berechnung der Strömungslösung wird der URANS-Löser TRACE verwendet. Die in TRACE verwendete Annahme zur Modellierung von thermischen Grenzschichten ist dieReynolds-Analogie. Diese besagt, dass die Ausbildung von thermischer und Impulsgrenzschicht analog erfolgt. In Turbomaschinenströmungen muss diese Annahme nicht notwendigerweise gültig sein. Aus diesem Grund sind hochwertigere Modelle zur Modellierung der thermischen Grenzschicht ebenfalls Gegenstand aktueller Forschung.