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ECOFLEX-Turbo: 3.4.1; Instationäre Wärmeübergangsmodellierung mit nichtlinearen Frequenzbereichsmethoden

Förderzeitraum
2017-01-01  –  2020-06-30
Bewilligte Summe
223.953,00 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03ET7092A
Leistungsplansystematik
Fortgeschrittene Kraftwerkssysteme - Kraftwerke mit Null Emissionen [EA1325]
Verbundvorhaben
01172231/1  –  ECOFLEX-Turbo
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIC6)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)
Förderprogramm
Energie
 
Dieses Vorhaben ist Bestandteil des Verbundprojektes AG Turbo ECOFLEX im Teilgebiet Kühlung. Das DLR beteiligt sich mit der Abteilung Numerische Methoden des Instituts für Antriebstechnik an dem Projekt. Dabei wird das Programmpaket TRACE als Werkzeug der numerischen Strömungssimulation und Optimierung weiterentwickelt. Das Ziel des Vorhabens soll es sein, eine präzise Auslegung von thermisch beanspruchten Bauteilen in Gasturbinen mittels 3D-CFD zu ermöglichen. Es ist die Erweiterung und Validierung von TRACE für die Vorhersage des instationären Wärmeübergangs durch die Integration fortschrittlicher Wärmeübergangsmodelle in das Harmonic Balance Verfahren geplant. Während klassische instationäre Rechnungen im Mehrstufenverband bei realen Schaufelzahlen eine Vollkranzsimulation bedeuten, erlauben die Harmonic Balance Methoden eine Reduzierung des Rechengebietes auf eine Schaufelpassage pro Gitterreihe. Weiterhin ist ihre Durchlaufzeit wesentlich geringer als eine instationäre Rechnung mit Zeitbereichsverfahren. Damit eignet sich das Harmonic Balance Verfahren zum Einsatz im Design. Die Wärmebelastung der Bauteile insbesondere im Heißgasstrom der Turbine muss insbesondere für die Lebensdauer Vorhersage und damit der Materialauswahl möglichst genau vorhergesagt werden. Instationäre Effekte im Mehrstufenverband (HotSpots, Clocking) können bisher, wenn überhaupt, nur punktuell mit aufwendigen instationären Simulationen berücksichtigt werden. Das Ziel in diesem Projekt ist die Verbindung des Harmonic Balance Verfahren für die schnelle instationäre Vorhersage der Aerodynamik mit den in COOREFLEX entwickelten fortschrittlichen Wärmeübergangsmodellen. Weiterhin werden reduzierte Quelltermmodelle zur Berücksichtigung anisotroper Wärmediffusion und Filmkühlung eingebracht.
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