Wärmeübertragung

Transpirationskühlung ist eine vielversprechende und innovative Technologie zur Temperaturregulierung von Anwendungen in der Raumfahrt, z.B Raketenbrennkammern, unter thermischen Belastungen mit Temperaturen von über 2500 K. Um die grundlegenden physikalischen und thermodynamischen Mechanismen dieser aktiven Kühlmethode zu verstehen werden an der "Medium Temperature Facility" (MTF) am ITLR experimentell einzelne poröse Carbon/Carbon (C/C) Wandsegmente untersucht.

Kontaktperson: Andreas Schwab,M.Sc.

Ziel des Projektes ist es, neue effiziente Simulationsverfahren für die Analyse transienter konjugierter Wärmeübertragungsprozesse in Flugtriebwerken unter Verwendung von Open Source CFD-Paketen weiter zu entwickeln. Dazu sollen detaillierte experimentelle Untersuchungen mit einer vorhandenen Versuchseinrichtung für lokale Wärmeübergangsmessungen mit optischen Verfahren eingesetzt werden, die die Entwicklung und Verifizierung der Simulationsansätze unterstützen.

Kontaktperson: Christopher Hartmann, M.Sc.

Kontaktperson: Julian Härter, M.Sc.

Moderne Gasturbinenschaufeln sind hohen thermischen Belastungen ausgesetzt und müssen effizient gekühlt werden. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Kühlung der Schaufelvorderkante stellt die so genannte Zyklonkühlkammer, auch Wirbelrohr genannt, dar.
Ein Wirbelrohr besteht aus einem Rohr mit einem oder mehreren tangentialen Einlässen, welche der Strömung einen starken Drall aufprägen. Die daraus resultierenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten in Wandnähe und die starke turbulente Durchmischung erzielen hohe Wärmeübergangskoeffizienten. Ziel des Projektes ist es, verschiedene konvergente Querschnittsverläufe entlang des Wirbelrohres und deren Auswirkung auf die Strömung und den Wärmeübergang zu untersuchen.

Kontaktperson: Florian Seibold, M.Sc.

Die gekrümmten Schaufelvorderkanten von Turbinenschaufeln direkt hinter der Brennkammer gehören zu den höchstbelasteten Bauteilen einer Gasturbine. Eine optimierte interne Schaufelkühlung ermöglicht höhere Temperaturen und thermische Wirkungsgrade der Gasturbine. Zu diesem Zweck werden verschiedene Prallstrahlgeometrien/-konfigurationen experimentell und numerisch untersucht.

Kontaktperson: Marius Forster, M.Sc.

Selective Laser Melting (3D-Druck) bietet neue Möglichkeiten bei der Entwicklung hocheffizienter Kühlsysteme in Turbomaschinen. Im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms der Europäischen Union Horizon 2020: TURBO-REFLEX wird ein neues Messverfahren zur Bestimmung der lokalen Wärmeübertragungseigenschaften von Metallteilen in Originalgröße entwickelt. Die experimentellen Ergebnisse werden durch numerische Simulationen unterstützt und erlauben ein detailliertes Verständnis des Einflusses verschiedener Kühlkonfigurationen und Wandrauigkeiten auf die Kühleigenschaften.

Kontaktperson: Tobias Krille, M.Sc.
Forschungsverbund: Horizon 2020: TURBO-REFLEX

Thermisch hochbelastete Turbinenschaufeln sind mit internen Kühlkanälen ausgestattet. Am ITLR werden solche Kühlsysteme schon lange mittels der transienten Flüssigkristall-Messmethode untersucht, um die Wärmeübergangsverteilungen an den Kühlkanalwänden zu bestimmen. Ein neu entwickelter rotierender Versuchsstand ermöglicht es uns jetzt auch, derartige Kühlsysteme unter Rotationseinfluss zu untersuchen. Die Kühlluftströmung wird hier zusätzlich durch Corioliskräfte und rotationsbedingte Auftriebskräfte beeinflusst, was die Wärmeübergangsverteilung deutlich verändern kann.

Kontaktperson: Dipl.-Ing. Christian Waidmann

Diese Arbeit befasst sich mit der numerischen und experimentellen Untersuchung von komplexen Prallstrahlanordnungen. Numerische Simulationen der Strömungs- und Wärmeübergangscharakteristika erfolgen mit dem kommerziellen Strömungslöser ANSYS CFX. Zur Validierung der numerischen Ergebnisse dient ein experimenteller Aufbau unter Einsatz der Infrarot-Thermografie. Die Prallstrahlen können in einem offenen Windkanal zusätzlich mit einem Querstrom überlagert werden. Grundlage der Untersuchung ist ein bestehendes Kühlsystem der MTU Aero Engines AG zur Reduktion von Ringspaltverlusten an Niederdruckturbinen.

Kontaktperson: Dipl.-Ing. Julia Wienand