OpenTestCase - Open Test Case zur Kalibrierung von Simulationsverfahren für konvektiv gekühlte Schaufeln von Wasserstoff- und Erdgasturbinen
Zeitraum
2023-08-01 – 2026-04-30
Bewilligte Summe
205.049,63 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EE5155
Leistungsplansystematik
Konventionelle Kraftwerkstechnik - Komponentenentwicklung [EA1312]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)
Förderprogramm
Energie
In der Zukunft werden Wasserstoff-Gasturbinen eine wichtigen Stellenwert in der Stromerzeugung einnehmen, da sie aufgrund ihrer Flexibilität hervorragend zum Ausgleich von Fluktuationen der erneuerbaren Energien eingesetzt und klimaneutral betrieben werden können. Voraussetzung für die Entwicklung und Auslegung moderner Gasturbinen sind die Zuverlässigkeit und Genauigkeit von numerischen Berechnungsverfahren. Die Vorhersage der Strömung und des Wärmeübergangs an gekühlten Turbinenschaufel ist dabei aufgrund der hohen Komplexität eine besondere Herausforderung. Aus dem Grund sind hochauflösende experimentelle Datensätze realer Maschinen unerlässlich zur Validierung und Weiterentwicklung von numerischen Methoden und Modellen. Zu diesem Zweck werden am Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen (IST) der RWTH Aachen University werden an zwei Prüfständen, 'Heißgaskanal' (HGK) und 'Kaltluftkanal' (KLK), die Strömung und der Wärmeübergang an industriellen Gasturbinenschaufeln untersucht. Im HGK werden unter realistischen Temperaturbedingungen (Heißgas bis zu 1000°C und Kühlluft bis zu 300°C) die Materialtemperaturen von Gasturbinenschaufeln untersucht. Diese Daten eignen sich ausgezeichnet zur Validierung der Wärmeübergangsmodelle in numerischen Strömungslösern. Die Daten werden durch den KLK ergänzt, der zur Untersuchung der komplexen Innenströmung des Kühlluftsystems eingesetzt wird. Die Skalierung der Geometrie um den Faktor 5 erlaubt eine detailliertere Vermessung der Innenströmung sowie die Bestimmung von Wärmeübergangskoeffizienten. Die experimentellen Daten der am IST vorhandenen Prüfstände definieren zwei anspruchsvolle Testfälle für CFD- und CHT-Simulationen. Im Rahmen des Projekts sollen diese Validierungsfälle zur Nutzung durch FVV-Mitglieder bereitgestellt werden. Außerdem sollen Empfehlungen für die Modellierung der komplexen Strömungen gegeben.