DE102020115734A1 - Device, system and method for investigating the flow around turbine blades with supersonic flow - Google Patents
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Abstract
Um die Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung zu vereinfachen, wird eine Vorrichtung zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, welche Vorrichtung einen ersten Strömungspfad zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweist, wobei im ersten Strömungspfad zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass eine Profilkörperkaskade mit einer Mehrzahl von Profilkörpern angeordnet ist, wobei benachbarte Profilkörper voneinander beabstandet sind und einen Profilströmungspfadabschnitt zwischen sich definieren, wobei der erste Strömungspfad zwischen dem Fluideinlass und der Profilkörperkaskade einen Strömungspfadeinlassabschnitt und zwischen der Profilkörperkaskade und dem Fluidauslass einen Strömungspfadauslassabschnitt definiert und wobei der Strömungspfadauslassabschnitt von einem fluiddurchlässigen Trennelement begrenzt ist, wobei die Vorrichtung einen zweiten Strömungspfad mit einem Einlass und einem Auslass aufweist, wobei der zweite Strömungspfad vom Strömungspfadauslassabschnitt durch das Trennelement getrennt ist, wobei die Vorrichtung einen Nebenströmungspfad aufweist, wobei der Nebenströmungspfad den Strömungspfadeinlassabschnitt und den zweiten Strömungspfad fluidwirksam miteinander verbindet, wobei der Nebenströmungspfad vom ersten Profilkörper, der vom Fluidauslass am weitesten entfernt ist, begrenzt ist und wobei der Nebenströmungspfad eine Nebenströmungspfadauslassrichtung in den zweiten Strömungspfad hinein definiert, die parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement verläuft.Ferner werden ein verbessertes System sowie ein verbessertes Verfahren zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung vorgeschlagen.In order to simplify the investigation of the flow around turbine blades with supersonic outflow, a device for investigating the flow around turbine blades with supersonic outflow, which device has a first flow path between a fluid inlet and a fluid outlet, wherein in the first flow path between the fluid inlet and the Fluid outlet a profile body cascade with a plurality of profile bodies is arranged, wherein adjacent profile bodies are spaced from one another and define a profile flow path section between them, wherein the first flow path between the fluid inlet and the profile body cascade defines a flow path inlet section and between the profile body cascade and the fluid outlet defines a flow path outlet section and wherein the flow path outlet section is bounded by a fluid-permeable separating element, wherein the device has a second flow path with an inlet and an outlet wherein the second flow path is separated from the flow path outlet section by the separating element, the device having a secondary flow path, the secondary flow path connecting the flow path inlet section and the second flow path in a fluid-effective manner to one another, the secondary flow path delimiting the first profile body which is farthest from the fluid outlet and wherein the secondary flow path defines a secondary flow path outlet direction into the second flow path that runs parallel or substantially parallel to the separating element. Furthermore, an improved system and an improved method for investigating the flow around turbine blades with supersonic discharge are proposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, welche Vorrichtung einen ersten Strömungspfad zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass aufweist, wobei im ersten Strömungspfad zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass eine Profilkörperkaskade mit einer Mehrzahl von Profilkörpern angeordnet ist, wobei benachbarte Profilkörper voneinander beabstandet sind und einen Profilströmungspfadabschnitt zwischen sich definieren, wobei der erste Strömungspfad zwischen dem Fluideinlass und der Profilkörperkaskade einen Strömungspfadeinlassabschnitt und zwischen der Profilkörperkaskade und dem Fluidauslass einen Strömungspfadauslassabschnitt definiert, und wobei der Strömungspfadauslassabschnitt von einem fluiddurchlässigen Trennelement begrenzt ist.The present invention relates to a device for examining the flow around turbine blades with supersonic outflow, which device has a first flow path between a fluid inlet and a fluid outlet, a profile body cascade with a plurality of profile bodies being arranged in the first flow path between the fluid inlet and the fluid outlet, wherein adjacent profile bodies are spaced from one another and define a profile flow path section between them, wherein the first flow path between the fluid inlet and the profile body cascade defines a flow path inlet section and between the profile body cascade and the fluid outlet defines a flow path outlet section, and wherein the flow path outlet section is delimited by a fluid-permeable separating element.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung.The present invention also relates to a system for examining the flow around turbine blades with supersonic outflow.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, bei welchem Verfahren eine erste Fluidströmung durch einen ersten Strömungspfad zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass erzeugt wird, wobei im ersten Strömungspfad zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass eine Profilkörperkaskade mit einer Mehrzahl von Profilkörpern angeordnet wird, wobei benachbarte Profilkörper voneinander beabstandet angeordnet werden und einen Profilströmungspfadabschnitt zwischen sich definieren, wobei der erste Strömungspfad zwischen dem Fluideinlass und der Profilkörperkaskade einen Strömungspfadeinlassabschnitt und zwischen der Profilkörperkaskade und dem Fluidauslass einen Strömungspfadauslassabschnitt definiert, wobei der Strömungspfadauslassabschnitt von einem fluiddurchlässigen Trennelement begrenzt wird.The present invention also relates to a method for examining the flow around turbine blades with supersonic outflow, in which method a first fluid flow is generated through a first flow path between a fluid inlet and a fluid outlet, a profile body cascade with in the first flow path between the fluid inlet and the fluid outlet a plurality of profile bodies is arranged, wherein adjacent profile bodies are arranged spaced from one another and define a profile flow path section between them, wherein the first flow path between the fluid inlet and the profile body cascade defines a flow path inlet section and between the profile body cascade and the fluid outlet defines a flow path outlet section, the flow path outlet section being a fluid-permeable one Separating element is limited.
Es ist bekannt, Vorrichtungen und Systeme der eingangs beschriebenen Art einzusetzen, um die Umströmung von Turbinenschaufeln von Turbinenstufen mit einer Überschall-Abströmung oder von Kompressorstufen in einem Kompressor zu untersuchen. Derartige Kaskadenversuche simulieren die Umströmung beziehungsweise Durchströmung einer Profilreihe der Turbinenstufen beziehungsweise der Kompressorstufen, die sich in ihrer Form nur wenig unterscheiden voneinander unterscheiden, mittels einer modellartigen Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art.It is known to use devices and systems of the type described at the outset in order to examine the flow around turbine blades of turbine stages with a supersonic outflow or of compressor stages in a compressor. Such cascade tests simulate the flow around or through a series of profiles of the turbine stages or the compressor stages, which differ only slightly from one another in terms of their shape, by means of a model-like device of the type described above.
Mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren werden insbesondere Verdichtungsstöße in der Abströmung untersucht, die ein wichtiger Teil von Kaskadenuntersuchungen mit Überschallanteilen sind, da diese Verdichtungsstöße für die Effizienz und das Betriebsverhalten von Turbinenstufen ausschlaggebend sind.With the known devices and methods, in particular, compression shocks in the outflow are investigated, which are an important part of cascade studies with supersonic components, since these compression shocks are decisive for the efficiency and the operating behavior of turbine stages.
Eine lineare Profilkörperkaskade besteht aus einer endlichen Anzahl von Profilkörpern, die in den Profilen der Turbinenschaufeln entsprechen, und dementsprechend muss die Profilkörperkaskade einen irgendwie gearteten Abschluss aufweisen, der für die Strömung eine Randbedingung darstellt. Dieser Abschluss wird durch das Trennelement gebildet. Dadurch wird der Abströmung von der Profilkörperkaskade weg jedoch ein Strömungswinkel vorgegeben, der nicht notwendigerweise mit der Abströmung in einer Turbinenstufe identisch ist. In der Strömung auftretende Verdichtungsstöße werden am Trennelement reflektiert und verfälschen somit die Messungen und Beobachtungen.A linear profile body cascade consists of a finite number of profile bodies which correspond in the profiles of the turbine blades, and accordingly the profile body cascade must have some kind of termination that represents a boundary condition for the flow. This termination is formed by the separating element. As a result, however, the outflow away from the profile body cascade is given a flow angle which is not necessarily identical to the outflow in a turbine stage. Compression shocks occurring in the flow are reflected on the separating element and thus falsify the measurements and observations.
Alternative, zum Einsatz kommende Vorrichtungen haben jedoch kein Trennelement als Abschluss, sondern erlauben der Abströmung eine Expansion in einen freien Raum an ihrem Ende. Allerdings sind die Form beziehungsweise Gestalt dieses Raums und seine genauen Druckverhältnisse für das Maß an Expansion ausschlaggebend. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass auch eine solche Randbedingung Verdichtungsstöße reflektiert und damit Messungen und Beobachtungen verfälscht. Erst bei einer sehr großen Anzahl von Profilkörpern wird der Abstand zwischen Austritt der Strömung aus der Profilkörperkaskade und der vorgegebenen Randbedingung so groß, dass eine Stärke der reflektierten Verdichtungsstöße durch Diffusion nennenswert reduziert wird. Allerdings führt eine große Anzahl von Profilkörpern zu einem sehr hohen Aufwand bei der Herstellung der Vorrichtung sowie bei der Bereitstellung des für die Untersuchungen erforderlichen Fluidstroms.Alternative devices that are used, however, do not have a separating element as a closure, but allow the outflow to expand into a free space at its end. However, the shape or shape of this space and its precise pressure conditions are decisive for the degree of expansion. It should also be taken into account that such a boundary condition also reflects shock waves and thus falsifies measurements and observations. Only with a very large number of profile bodies does the distance between the flow exit from the profile body cascade and the given boundary condition become so great that the strength of the reflected compression shocks due to diffusion is significantly reduced. However, a large number of profile bodies leads to a very high outlay in the manufacture of the device and in the provision of the fluid flow required for the investigations.
Ferner ist zu berücksichtigen, dass sich bei einer numerischen Überprüfung der Vorrichtung sich das Problem ergibt, dass eine Grenze der Profilkörperkaskade am Strömungsaustritt weder vollständig eine Zuströmung noch eine Abströmung ist. Dadurch ist eine korrekte numerische Modellierung derartiger Randbedingungen schwierig.It should also be taken into account that a numerical check of the device results in the problem that a boundary of the profile body cascade at the flow outlet is neither completely an inflow nor an outflow. Correct numerical modeling of such boundary conditions is therefore difficult.
Grundsätzlich wäre es zwar möglich, volle Schaufelkränze von Turbinen zu untersuchen, bei denen die oben beschriebenen Probleme der Randbedingungen nicht auftreten, da die Turbinenschaufeln einen abgeschlossenen Kreis bilden. Es ist jedoch in diesem Fall auch eine große Anzahl von Turbinenschaufeln notwendig. Zudem erschwert die Krümmung den Einsatz von bildgebenden Verfahren zur Untersuchung der Strömungen sehr stark. Beispielsweise ist hier die sogenannte Schlieren-Technik zur Bildgebung nur sehr aufwendig umsetzbar.In principle, it would be possible to investigate full blade rings of turbines in which the problems of the boundary conditions described above do not occur, since the turbine blades form a closed circle. However, a large number of turbine blades are also necessary in this case. In addition, the curvature makes the use of imaging methods to examine the flows very difficult. For example, the so-called Schlieren technique for imaging can only be implemented with great effort.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass die Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung vereinfacht wird.It is therefore an object of the present invention to improve a device, a system and a method of the type described at the outset in such a way that the investigation of the flow around turbine blades with a supersonic outflow is simplified.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen zweiten Strömungspfad mit einem Einlass und einem Auslass aufweist, dass der zweite Strömungspfad vom Strömungspfadauslassabschnitt durch das Trennelement getrennt ist, dass die Vorrichtung einen Nebenströmungspfad aufweist, dass der Nebenströmungspfad den Strömungspfadeinlassabschnitt und den zweiten Strömungspfad fluidwirksam miteinander verbindet, dass der Nebenströmungspfad vom ersten Profilkörper, der vom Fluidauslass am weitesten entfernt ist, begrenzt ist und dass der Nebenströmungspfad eine Nebenströmungspfadauslassrichtung in den zweiten Strömungspfad hinein definiert, die parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement verläuft.This object is achieved according to the invention in a device of the type described at the outset in that the device has a second flow path with an inlet and an outlet, that the second flow path is separated from the flow path outlet section by the separating element, that the device has a secondary flow path, that the secondary flow path the flow path inlet section and the second flow path fluid-effectively connects with each other, that the secondary flow path is delimited by the first profile body, which is furthest away from the fluid outlet, and that the secondary flow path defines a secondary flow path outlet direction into the second flow path that runs parallel or substantially parallel to the separating element.
Eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art in der vorgeschlagenen Weise weiterzubilden hat insbesondere den Vorteil, dass trotz Einsatz des Trennelements eine Strömungssituation realisierbar ist, bei der die Abströmung des Fluidstroms durch die Profilkörperkaskade hindurch der Durchströmung einer Schaufelreihe beziehungsweise einer Kreiskaskade entspricht und damit der Durchströmung einer unendlichen Kaskade in den freien Raum sehr nahe kommt. Die Profilkörperkaskade wird nachfolgend auch als Schaufelkaskade oder Turbinenschaufelkaskade bezeichnet. Bei einer Schaufelreihe handelt es sich insbesondere um einen vollständigen Kranz aus Schaufeln in einer Turbine beziehungsweise einem Kompressor. Eine Kreiskaskade entspricht prinzipiell einer Schaufelreihe, ist jedoch Teil eines Prüfstands und nicht Teil einer Turbomaschine. Der zweite Strömungspfad verläuft insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zur Abströmrichtung des Fluidstroms von der Profilkörperkaskade weg. Am Einlass und am Auslass des zweiten Strömungspfads kann insbesondere derselbe Druck anliegen, beispielsweise atmosphärischer Druck. Dadurch, dass ein Teil der durch den ersten Strömungspfad strömenden Fluidströmung durch den Nebenströmungspfad geleitet wird, entsteht im zweiten Strömungspfad ein Sog vom Trennelement weg in den zweiten Strömungspfad hinein. Die Abströmung von der Profilkörperkaskade reißt einen Unterschall-Fluidstrom vom zweiten Strömungspfad bis zu einem Ausgang der Profilkörperkaskade mit. Insbesondere dann, wenn das Trennelement fluiddurchlässig ausgebildet ist, kann die Reflektion von Verdichtungsstößen in der Abströmung der Profilkörperkaskade am Trennelement verhindert werden, und zwar dadurch, dass ein lokaler Fluidüberschuss durch das Trennelement in den zweiten Strömungspfad hinein abgeleitet wird. Somit wird insbesondere eine präzise Definition der Randbedingung möglich. Ein zusätzlicher Aufwand, welcher durch einen wie auch immer ausgebildeten Seitenraum entsteht, in dem ein Druck in definierter Weise gesteuert und/oder geregelt werden muss, entfällt auf diese Weise. Bei optimaler Anordnung des Trennelements sowie dessen Ausbildung können somit insbesondere auf einer der Profilkörperkaskade zugewandten Oberfläche des Trennelements Druckverhältnisse ähnlich denen einer freien Expansion, also einer Expansion der Abströmung in einen freien unbegrenzten Raum hinein, geschaffen werden. Bei bekannten Vorrichtungen ist bislang eine Steuerung des Drucks im vom Trennelement gegenüber dem Strömungspfadauslassabschnitt abgetrennten Seitenraum erforderlich, um eine wirksame Stoßreduktion zu erreichen, ohne die zu beobachtende Strömung übermäßig zu stören. Mit anderen Worten ermöglicht es die Ausbildung des vorgeschlagenen Nebenströmungspfads sowie dessen Ausrichtung, auf eine Drucksteuerung in dem vom Trennelement mit einer von der Profilkörperkaskade weg weisenden Seitenfläche begrenzten Raum zu vermeiden. Dadurch wird der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht. Ferner wird auch die Durchführung der Untersuchungen vereinfacht.Developing a device of the type described at the beginning in the proposed manner has the particular advantage that, despite the use of the separating element, a flow situation can be realized in which the outflow of the fluid flow through the profile body cascade corresponds to the flow through a row of blades or a circular cascade and thus the flow through an infinite one Cascade comes very close to the free space. The profile body cascade is also referred to below as a blade cascade or turbine blade cascade. A row of blades is, in particular, a complete ring of blades in a turbine or a compressor. A circular cascade corresponds in principle to a row of blades, but is part of a test bench and not part of a turbo machine. The second flow path runs in particular parallel or essentially parallel to the outflow direction of the fluid flow away from the profile body cascade. In particular, the same pressure, for example atmospheric pressure, can be present at the inlet and the outlet of the second flow path. Because part of the fluid flow flowing through the first flow path is directed through the secondary flow path, suction is created in the second flow path away from the separating element and into the second flow path. The outflow from the profile body cascade entrains a subsonic fluid flow from the second flow path to an outlet of the profile body cascade. In particular, if the separating element is designed to be fluid-permeable, the reflection of compression surges in the outflow of the profile body cascade on the separating element can be prevented by a local excess fluid being diverted through the separating element into the second flow path. In particular, a precise definition of the boundary conditions is thus possible. In this way, there is no additional effort, which arises from a side space, however designed, in which a pressure has to be controlled and / or regulated in a defined manner. With an optimal arrangement of the separating element and its design, pressure conditions similar to those of a free expansion, i.e. an expansion of the outflow into a free, unlimited space, can thus be created in particular on a surface of the separating element facing the profile body cascade. In known devices, it has hitherto been necessary to control the pressure in the side space separated by the separating element opposite the flow path outlet section in order to achieve an effective shock reduction without unduly disturbing the flow to be observed. In other words, the formation of the proposed secondary flow path and its alignment make it possible to avoid pressure control in the space delimited by the separating element with a side surface facing away from the profile body cascade. This simplifies the structure of the device. The execution of the examinations is also simplified.
Günstig ist es, wenn eine vom Fluideinlass abgewandte Seitenfläche des ersten Profilkörpers den zweiten Strömungspfad begrenzt. Diese abgewandte Seitenfläche, auch als Saugseite des Profilkörpers bezeichnet, ermöglicht es, die Fluidströmung durch den Nebenströmungspfad so zu leiten, dass im zweiten Strömungspfad eine Saugwirkung entsteht, die einen Durchtritt eines Teils des durch den Strömungspfadauslassabschnitt strömenden Fluidstroms durch das Trennelement hindurch und gegebenenfalls zurück ermöglicht, um so der Randbedingung einer Expansion der Abströmung von der Profilkörperkaskade weg in einen freien Raum möglichst nahe zu kommen. Zudem wird durch die Ausgestaltung der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht.It is favorable if a side surface of the first profile body facing away from the fluid inlet delimits the second flow path. This remote side surface, also referred to as the suction side of the profile body, makes it possible to direct the fluid flow through the secondary flow path in such a way that a suction effect occurs in the second flow path, which enables a passage of part of the fluid flow flowing through the flow path outlet section through the separating element and, if necessary, back In order to come as close as possible to the boundary condition of an expansion of the outflow away from the profile body cascade into a free space. In addition, the design of the device is simplified by the design.
Um eine Strömung durch die Vorrichtung auf einfache Weise beobachten zu können, ist es günstig, wenn der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad zwischen aufeinander zu weisenden, Wandflächen ausgebildet sind. Insbesondere können die Wandflächen parallel zueinander verlaufen. Die Wandflächen können optional Fenster aufweisen, durch die hindurch die Strömung beobachtbar ist, beispielsweise um Strömungsbilder mit Schlieren-Technik aufzunehmen.In order to be able to observe a flow through the device in a simple manner, it is advantageous if the first flow path and the second flow path are formed between wall surfaces facing one another. In particular, the wall surfaces can run parallel to one another. The wall surfaces can optionally have windows through which the flow can be observed, for example in order to record flow images with Schlieren technology.
Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Trennelement quer zu den Wandflächen ausgerichtet ist. Optional ist das Trennelement senkrecht zu den Wandflächen ausgerichtet. Das Trennelement zwischen den Wandflächen in den beschriebenen Weisen anzuordnen ermöglicht eine Trennung zwischen dem zweiten Strömungspfad und dem Strömungspfadauslassabschnitt in gewünschter Weise.A simple construction of the device can in particular be achieved in that the Separating element is aligned transversely to the wall surfaces. Optionally, the separating element is aligned perpendicular to the wall surfaces. Arranging the separating element between the wall surfaces in the manner described enables a separation between the second flow path and the flow path outlet section in the desired manner.
Für eine einfache Beobachtung einer die Vorrichtung durchströmenden Fluidströmung ist es vorteilhaft, wenn die Wandflächen von Seitenflächen im sichtbaren Spektralbereich durchsichtiger Platten definiert sind. Die Platten können insbesondere Kunststoffplatten oder Glasplatten sein. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, eine Fluidströmung im ersten Strömungspfad und im zweiten Strömungspfad vollständig zu beobachten.For a simple observation of a fluid flow flowing through the device, it is advantageous if the wall surfaces are defined by side surfaces in the visible spectral range of transparent plates. The plates can in particular be plastic plates or glass plates. Such a configuration makes it possible, in particular, to fully observe a fluid flow in the first flow path and in the second flow path.
Günstig ist es, wenn das Trennelement an ein in Richtung auf den Fluidauslass hin weisendes Profilkörperende des ersten Profilkörpers anschließend angeordnet ist. So kann insbesondere eine einfache Trennung zwischen der Fluidströmung im zweiten Strömungspfad und im Strömungspfadauslassabschnitt erreicht werden. Die einzige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Strömungspfad wird so durch den Nebenströmungspfad realisiert. Das Trennelement, wenn es fluiddurchlässig ausgebildet ist, bildet hierbei keinen Strömungspfad im eigentlichen Sinne, sondern dient lediglich als Einrichtung zur Verhinderung der Reflektion von Verdichtungsstößen wie bereits oben erläutert, indem ein lokaler Fluidüberschuss durch das Trennelement in den zweiten Strömungspfad hinein abgeleitet wird.It is favorable if the separating element is arranged adjoining a profile body end of the first profile body pointing in the direction of the fluid outlet. In particular, a simple separation between the fluid flow in the second flow path and in the flow path outlet section can thus be achieved. The only connection between the first and second flow path is thus realized by the secondary flow path. The separating element, if it is designed to be fluid-permeable, does not form a flow path in the actual sense, but merely serves as a device to prevent the reflection of compression surges, as already explained above, by diverting a local excess of fluid through the separating element into the second flow path.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Einlassrichtung des Fluideinlasses und eine Auslassrichtung des Fluidauslasses einen Umlenkwinkel einschließen. Dieser kann in einem Bereich von 0° bis 180° liegen. Beispielsweise kann der Umlenkwinkel 105° betragen. Der Umlenkwinkel wird durch die Profilkörper der Profilkörperkaskade vorgegeben, an denen die den Strömungspfadeinlassabschnitt durchströmende Fluidströmung umgelenkt wird in den Strömungspfadauslassabschnitt hinein.According to a further preferred embodiment of the invention it can be provided that an inlet direction of the fluid inlet and an outlet direction of the fluid outlet enclose a deflection angle. This can be in a range from 0 ° to 180 °. For example, the deflection angle can be 105 °. The deflection angle is predetermined by the profile bodies of the profile body cascade at which the fluid flow flowing through the flow path inlet section is deflected into the flow path outlet section.
Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Auslassrichtung durch oder im Wesentlichen durch eine Ausrichtung von dem Fluideinlass abgewandten Profilkörperseitenflächen der Profilkörper relativ zur Einlassrichtung definiert ist. Die abgewandten Profilkörperseitenflächen bilden Saugseiten der Profilkörper aus, wobei sich die Saugseiten der Profilkörper jeweils von einem Mittelpunkt einer entgegen der Strömungsrichtung weisenden vorderen Kante bis zu einem Mittelpunkt einer in Strömungsrichtung weisenden hinteren Kante der Profilkörper erstrecken.A simple structure of the device results in particular from the fact that the outlet direction is defined by or essentially by an alignment of the profile body side surfaces of the profile body facing away from the fluid inlet relative to the inlet direction. The profile body side surfaces facing away form suction sides of the profile bodies, the suction sides of the profile bodies each extending from a center point of a front edge pointing counter to the flow direction to a center point of a rear edge of the profile bodies pointing in the flow direction.
Die Profilkörper lassen sich auf einfache Art ausbilden, wenn von dem Fluideinlass abgewandte Profilkörperseitenflächen eben oder im Wesentlichen eben sind.The profile bodies can be designed in a simple manner if the profile body side surfaces facing away from the fluid inlet are flat or essentially flat.
Vorteilhaft ist es, wenn das Trennelement parallel oder im Wesentlichen parallel zur Auslassrichtung verlaufend angeordnet ist. So wird ein geringerer Strömungswiderstand durch das Trennelement erreicht. Ferner werden auch wandparallele Überschallströmungen sowie Überschallströmungen mit einem lediglich geringen Geschwindigkeitsanteil hin zur Wand ermöglicht. Durch das Trennelement wird somit selbst kein Strömungswinkel vorgegeben.It is advantageous if the separating element is arranged to run parallel or essentially parallel to the outlet direction. In this way, a lower flow resistance is achieved through the separating element. Furthermore, supersonic flows parallel to the wall as well as supersonic flows with only a low proportion of speed towards the wall are made possible. No flow angle is therefore predetermined by the separating element itself.
Die Vorrichtung lässt sich auf besonders einfache Weise ausbilden, wenn der zweite Strömungspfad eine Strömungsrichtung definiert, welche geradlinig oder im Wesentlichen geradlinig verläuft.The device can be designed in a particularly simple manner if the second flow path defines a flow direction which runs in a straight line or essentially in a straight line.
Günstigerweise verläuft der zweite Strömungspfad parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement. Auch dies vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung.The second flow path expediently runs parallel or essentially parallel to the separating element. This also simplifies the structure of the device.
Vorzugsweise ist der zweite Strömungspfad von einer dem Trennelement gegenüberliegenden fluidundurchlässigen Begrenzungsfläche begrenzt. Dies ermöglicht es insbesondere, dass ein Fluid durch den zweiten Strömungspfad nur durch den Einlass hinein und durch den Auslass wieder hinaus strömen kann.The second flow path is preferably delimited by a fluid-impermeable delimiting surface opposite the separating element. This makes it possible, in particular, that a fluid can flow through the second flow path only in through the inlet and out again through the outlet.
Ein einfacher Aufbau der Vorrichtung kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Begrenzungsfläche parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement verläuft.A simple construction of the device can in particular be achieved in that the delimiting surface runs parallel or essentially parallel to the separating element.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Begrenzungsfläche verstellbar ausgebildet ist zum Verstellen eines zwischen dem Trennelement und der Begrenzungsfläche eingeschlossenen Winkels. Auf diese Weise kann insbesondere Einfluss auf eine Fluidströmung durch den zweiten Strömungspfad hindurch genommen werden.According to a further preferred embodiment of the invention it can be provided that the delimiting surface is designed to be adjustable for adjusting an angle enclosed between the separating element and the delimiting surface. In this way, a fluid flow through the second flow path can in particular be influenced.
Um Strömungen in Turbinenstufen mit identischen Turbinenschaufeln zu simulieren, ist es vorteilhaft, wenn alle Profilkörper identisch ausgebildet sind. Selbstverständlich ist es alternativ auch möglich, die Profilkörper unterschiedlich auszubilden. Beispielsweise können bei Turbinen Turbinenschaufeln in zwei unterschiedlichen Formen vorgesehen sein, die abwechselnd angeordnet sind und umströmt werden.In order to simulate flows in turbine stages with identical turbine blades, it is advantageous if all profile bodies are of identical design. Of course, it is alternatively also possible to design the profile bodies differently. For example, in the case of turbines, turbine blades can be provided in two different shapes, which are arranged alternately and are flowed around.
Um mit der Vorrichtung eine Abströmung einer unendlichen Kaskade möglichst gut simulieren zu können, ist es günstig, wenn eine Anzahl der Profilkörper der Profilkörperkaskade in einem Bereich von 4 bis 15 liegt. Insbesondere kann sie in einem Bereich von 6 bis 10 liegen.In order to be able to simulate an outflow of an infinite cascade as well as possible with the device, it is advantageous if a number of Profile body of the profile body cascade is in a range from 4 to 15. In particular, it can be in a range from 6 to 10.
Ferner ist es günstig, wenn Profilkörperenden der Profilkörper eine gemeinsame Profilkörperendenfläche, insbesondere eine Ebene, definieren und wenn die Profilkörperendenfläche und das Trennelement einen Öffnungswinkel einschlie-ßen. Eine derartige Anordnung ermöglicht insbesondere eine Expansion der Fluidströmung nach Durchströmen der Profilkörperkaskade in den Strömungspfadauslassabschnitt hinein zum Fluidauslass hin.Furthermore, it is favorable if the profile body ends of the profile bodies define a common profile body end surface, in particular a plane, and if the profile body end surface and the separating element enclose an opening angle. Such an arrangement enables in particular an expansion of the fluid flow after flowing through the profile body cascade into the flow path outlet section towards the fluid outlet.
Vorzugsweise liegt der Öffnungswinkel in einem Bereich von etwa 5° bis etwa 30°. Insbesondere kann er in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 20° liegen. Öffnungswinkel in den angegebenen Bereichen vorzusehen, ermöglicht es insbesondere, mit dem Trennelement in Verbindung mit dem zweiten Strömungspfad eine Randbedingung zu realisieren, die einer Abströmung des Fluidstroms durch die Profilkörperkaskade hindurch in einen freien unbegrenzten Raum entspricht oder im Wesentlichen entspricht oder zumindest sehr nahe kommt.The opening angle is preferably in a range from approximately 5 ° to approximately 30 °. In particular, it can be in a range from approximately 10 ° to approximately 20 °. Providing opening angles in the specified ranges makes it possible, in particular, to implement a boundary condition with the separating element in connection with the second flow path, which corresponds or substantially corresponds to or at least comes very close to an outflow of the fluid flow through the profile body cascade into a free, unlimited space.
Günstig ist es, wenn das Trennelement verstellbar ausgebildet ist zum Einstellen des Öffnungswinkels. Dies ermöglicht es, Untersuchungen mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln durchzuführen.It is advantageous if the separating element is designed to be adjustable for setting the opening angle. This makes it possible to conduct examinations with different opening angles.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine erste Seitenfläche des Trennelements, die der Profilkörperkaskade zugewandt ist, eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet ist. Ein solches Trennelement kann auf einfache Weise ausgebildet werden, beispielsweise aus einer Platte.Furthermore, it is advantageous if a first side surface of the separating element, which faces the profile body cascade, is designed to be planar or essentially planar. Such a separating element can be formed in a simple manner, for example from a plate.
Ferner kann es vorteilhaft sein, insbesondere auch bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, wenn das Trennelement eine Mehrzahl von Durchbrechungen aufweist. Das Trennelement ist also insbesondere fluiddurchlässig ausgebildet, sodass Verdichtungsstöße im Strömungspfadauslassabschnitt nicht am Trennelement reflektiert werden. Verdichtungsstöße erzeugen einen lokalen Überschuss an Fluid, das durch die Durchbrechungen des Trennelements hindurch in den zweiten Strömungspfad abgeleitet werden kann, um die unerwünschten Reflektionen zu vermeiden. Insbesondere kann das Trennelement eine Oberflächenstruktur, beispielsweise eine dreidimensionale, auf einer zweiten Seitenfläche aufweisen, die von der Profilkörperkaskade weg weist. Beispielsweise kann das Trennelement auf der von der Profilkörperkaskade weg weisenden zweiten Seitenfläche eine Mehrzahl von Vertiefungen aufweisen, insbesondere im Bereich der Durchbrechungen. Eine derartige Ausgestaltung erleichtert das Ableiten des durch Verdichtungsstöße erzeugten lokalen Überschusses an Fluid durch die Durchbrechungen hindurch. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Trennelement mit der Mehrzahl von Durchbrechungen derart ausgebildet ist, dass sämtliche Kanten, insbesondere die von den Durchbrechungen begrenzten Kanten, scharfkantig ausgebildet und nicht verrundet sind. So können eine saubere Trennung erreicht und insbesondere Reflektionen im Bereich von Kanten, die die Durchbrechungen begrenzen, verhindert werden.Furthermore, it can be advantageous, in particular also in the case of a device of the type described at the beginning, if the separating element has a plurality of perforations. The separating element is thus embodied in particular to be fluid-permeable, so that compression surges in the flow path outlet section are not reflected on the separating element. Compression shocks produce a local excess of fluid, which can be diverted through the openings in the separating element into the second flow path in order to avoid the undesired reflections. In particular, the separating element can have a surface structure, for example a three-dimensional one, on a second side face, which faces away from the profile body cascade. For example, the separating element can have a plurality of depressions on the second side surface facing away from the profile body cascade, in particular in the area of the perforations. Such a configuration makes it easier to divert the local excess of fluid generated by compression surges through the perforations. In particular, it is advantageous if the separating element is designed with the plurality of openings in such a way that all edges, in particular the edges delimited by the openings, are sharp-edged and not rounded. In this way, a clean separation can be achieved and, in particular, reflections in the area of edges that limit the openings can be prevented.
Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Durchbrechungen düsenförmig ausgebildet. Die Durchbrechungen sind dabei vorzugsweise in Richtung auf die Profilkörperkaskade hin im Querschnitt sich verjüngend ausgebildet. Dies ermöglicht es umgekehrt, von der Profilkörperkaskade ausgehende Verdichtungsstöße in Richtung auf das Trennelement auf einfache Weise durch die Durchbrechungen hindurch zu leiten, ohne dass die Verdichtungsstöße am Trennelement reflektiert werden.The plurality of perforations is preferably designed in the shape of a nozzle. The openings are preferably designed to taper in cross section in the direction of the profile body cascade. Conversely, this makes it possible to pass compression shocks emanating from the profile body cascade in the direction of the separating element in a simple manner through the openings without the compression shocks being reflected on the separating element.
Auf einfache Weise lässt sich das Trennelement dreidimensional strukturiert ausbilden, wenn sich die Mehrzahl von Durchbrechungen in Richtung auf den zweiten Strömungspfad hin konisch erweitert. Es werden also insbesondere trichterförmige Vertiefungen in Richtung auf den zweiten Strömungspfad hin ausgebildet, die dem Trennelement eine dreidimensionale Struktur verleihen.The separating element can be designed in a three-dimensional structure in a simple manner if the plurality of perforations widens conically in the direction of the second flow path. In particular, funnel-shaped depressions are formed in the direction of the second flow path, which give the separating element a three-dimensional structure.
Günstig ist es, wenn ein Konuswinkel der Mehrzahl von Durchbrechungen in einem Bereich von etwa 90° bis etwa 150° liegt. Insbesondere kann der Konuswinkel in einem Bereich von etwa 110° bis etwa 130° liegen. Derartige Konuswinkel ermöglichen es insbesondere, einerseits ein hinreichend stabiles Trennelement auszubilden und andererseits die Reflektion von Verdichtungsstößen am Trennelement wirksam zu verhindern. Beispielsweise kann der Konuswinkel 118° betragen, welcher mit gängigen Spiral- oder Senkbohrern mit einem diesem Konuswinkel entsprechenden Endwinkel auf einfache Weise ausgebildet werden kannIt is favorable if a cone angle of the plurality of perforations is in a range from approximately 90 ° to approximately 150 °. In particular, the cone angle can be in a range from approximately 110 ° to approximately 130 °. Such cone angles make it possible in particular, on the one hand, to form a sufficiently stable separating element and, on the other hand, to effectively prevent the reflection of compression shocks on the separating element. For example, the cone angle can be 118 °, which can be easily formed with conventional twist drills or countersink drills with an end angle corresponding to this cone angle
Günstig ist es, wenn die Mehrzahl von Durchbrechungen in einem regelmäßigen oder einem unregelmäßigen Muster angeordnet ist. Insbesondere die Ausbildung eines regelmäßigen Musters vereinfacht die Herstellung des Trennelements.It is favorable if the plurality of perforations is arranged in a regular or an irregular pattern. In particular, the formation of a regular pattern simplifies the production of the separating element.
Vorteilhaft ist es, wenn die Mehrzahl von Durchbrechungen in einem hexagonalen Muster angeordnet ist, bei welchem Muster jede Durchbrechung von sechs Durchbrechungen umgeben ist. Aufgrund einer endlichen Breite beziehungsweise Höhe des Trennelements, die beispielsweise durch einen Abstand der beiden aufeinander zuweisenden Wandflächen vorgegeben ist, kann es durchaus sein, dass nicht jede Durchbrechung von sechs Durchbrechungen umgeben ist. Dies trifft insbesondere auf Durchbrechungen am Rand des Trennelements zu. Nichtsdestotrotz ist das Muster hexagonal, wenn die Durchbrechungen in der beschriebenen Weise regelmäßig angeordnet sind.It is advantageous if the plurality of openings is arranged in a hexagonal pattern, in which pattern each opening is surrounded by six openings. Due to a finite width or height of the separating element, which is predetermined, for example, by a distance between the two wall surfaces facing one another, it may well be that not every opening is surrounded by six openings. This is particularly true Openings on the edge of the separating element. Nevertheless, the pattern is hexagonal if the perforations are arranged regularly in the manner described.
Auf einfache Weise lässt sich das Trennelement ausbilden und damit die Vorrichtung insgesamt, wenn die Mehrzahl von Durchbrechungen identisch ausgebildet ist.The separating element and thus the device as a whole can be formed in a simple manner if the plurality of perforations is formed identically.
Günstig ist es, wenn die Mehrzahl von Durchbrechungen jeweils rotationssymmetrisch bezogen auf eine von der jeweiligen Durchbrechung definierte Durchbrechungslängsachse ausgebildet ist. Die Durchbrechungen lassen sich so auf einfache Weise ausbilden, beispielsweise durch Bohren oder Fräsen.It is favorable if the plurality of openings is each designed to be rotationally symmetrical with respect to a longitudinal axis of the opening defined by the respective opening. The openings can be formed in a simple manner, for example by drilling or milling.
Insbesondere für die Herstellung des Trennelements ist es günstig, wenn die Durchbrechungslängsachse quer zum Trennelement verläuft. Insbesondere kann sie senkrecht zum Trennelement verlaufen, sodass die Durchbrechungen einfach durch Bohren ausgebildet werden können.For the production of the separating element in particular, it is advantageous if the longitudinal axis of the opening extends transversely to the separating element. In particular, it can run perpendicular to the separating element, so that the openings can be formed simply by drilling.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Durchbrechungslängsachse in Richtung auf den Auslass hin geneigt ist und mit dem Trennelement einen Durchbrechungswinkel einschließt. Eine solche Ausgestaltung kann insbesondere dazu beitragen, Reflektionen von Verdichtungsstößen am Trennelement weiter zu verringern.Furthermore, it can be advantageous if the longitudinal axis of the opening is inclined in the direction of the outlet and includes an opening angle with the separating element. Such a configuration can in particular contribute to further reducing reflections from compression shocks on the separating element.
Vorzugsweise ist die Mehrzahl von Durchbrechungen in Form von Bohrungen ausgebildet. Trennelemente mit derart geformten Durchbrechungen sind einfach herzustellen.The plurality of perforations is preferably designed in the form of bores. Separating elements with openings shaped in this way are easy to manufacture.
Günstig ist es, wenn ein minimaler Durchmesser der Mehrzahl von Durchbrechungen in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 2,1 mm liegt, insbesondere kann ein minimaler Durchmesser der Durchbrechungen in einem Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 1,6 mm liegen. Die Durchbrechungen in dieser Weise zu dimensionieren ermöglicht es insbesondere, die gewünschte optimale Randbedingung mit dem Trennelement zu erreichen.It is favorable if a minimum diameter of the plurality of openings is in a range from approximately 0.5 mm to approximately 2.1 mm; in particular, a minimum diameter of the openings can be in a range from approximately 1.0 mm to approximately 1.6 mm lie. Dimensioning the openings in this way makes it possible, in particular, to achieve the desired optimal boundary conditions with the separating element.
Vorzugsweise liegt ein Verhältnis einer von der Mehrzahl von Durchbrechungen definierten Gesamtdurchbrechungsfläche bezogen auf eine Trennelementgesamtfläche in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,5. Je größer das Verhältnis ist, umso einfacher kann eine Reflektion von Verdichtungsstößen am Trennelement verhindert werden.A ratio of a total opening area defined by the plurality of openings based on a total area of the separating element is preferably in a range from approximately 0.1 to approximately 0.5. The greater the ratio, the easier it is to prevent compression shocks from being reflected on the separating element.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Trennelement eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 1 mm aufweist. Je dünner das Trennelement ist, umso eher kann erreicht werden, dass auf das Trennelement auftreffende Verdichtungsstöße ausreichend abgeschwächt werden, um eine unerwünschte Reflektion der Verdichtungsstöße möglichst effektiv zu verhindern.It is also advantageous if the separating element has a thickness in a range from approximately 0.3 mm to approximately 1 mm. The thinner the separating element, the sooner it can be achieved that compression shocks striking the separating element are sufficiently attenuated in order to prevent undesired reflection of the compression shocks as effectively as possible.
Günstigerweise liegt ein Verhältnis der Dicke zum Durchmesser der Mehrzahl von Durchbrechungen in einem Bereich von etwa 0,1 bis etwa 1. Insbesondere kann das Verhältnis in einem Bereich von etwa 0,2 bis etwa 0,6 liegen. Ein solches Verhältnis wirkt sich insbesondere günstig auf eine Stabilität des Trennelements sowie die gewünschte Wirkung desselben aus, nämlich eine definierte Randbedingung für die Abströmung der Fluidströmung durch die Profilkaskade hindurch zu erreichen.A ratio of the thickness to the diameter of the plurality of perforations is advantageously in a range from approximately 0.1 to approximately 1. In particular, the ratio can be in a range from approximately 0.2 to approximately 0.6. Such a ratio has a particularly favorable effect on the stability of the separating element and its desired effect, namely to achieve a defined boundary condition for the outflow of the fluid flow through the profile cascade.
Um insbesondere die Durchführung von Untersuchungen zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn der Einlass und/oder der Auslass und/oder der Fluidauslass in eine Umgebung der Vorrichtung münden. Dies kann insbesondere gefahrlos erreicht werden, wenn als Fluid Luft oder ein Inertgas, wie zum Beispiel Stickstoff, Helium, Wasserdampf oder Kohlenstoffdioxid, eingesetzt wird, um Strömungsversuche durchzuführen. Es müssen dann keine zusätzlichen Vorkehrungen getroffen werden, um die Fluide nach dem Durchströmen der Vorrichtung aufzufangen.In order, in particular, to make it easier to carry out examinations, it is advantageous if the inlet and / or the outlet and / or the fluid outlet open into the surroundings of the device. This can in particular be achieved safely if air or an inert gas such as nitrogen, helium, water vapor or carbon dioxide is used as the fluid in order to carry out flow tests. No additional precautions then have to be taken to collect the fluids after they have flowed through the device.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird bei einem System der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das System eine der oben beschriebenen Vorrichtungen und eine Fluidquelle umfasst zum Erzeugen einer Fluidströmung, wobei die Fluidquelle und der Fluideinlass fluidwirksam miteinander verbunden sind.The object set at the beginning is achieved according to the invention in a system of the type described at the outset in that the system comprises one of the devices described above and a fluid source for generating a fluid flow, the fluid source and the fluid inlet being fluidically connected to one another.
Mit einem solchen System können auf einfache Weise Untersuchungen der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung durchgeführt werden.With such a system, studies of the flow around turbine blades with supersonic outflow can be carried out in a simple manner.
Die Ausgestaltung des Systems kann insbesondere dadurch vereinfacht werden, dass die Fluidquelle einen Flüssiggasspeicher und/oder einen Druckgasspeicher umfasst. Derartige Fluidquellen ermöglichen es auf einfache Weise, eine Fluidströmung mit einer gewünschten Geschwindigkeit und einem gewünschten Druck vor Durchströmen der Profilkörperkaskade bereitzustellen.The configuration of the system can in particular be simplified by the fact that the fluid source comprises a liquid gas store and / or a pressurized gas store. Such fluid sources make it possible in a simple manner to provide a fluid flow at a desired speed and a desired pressure before flowing through the profile body cascade.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Fluidströmungsanteil der ersten Fluidströmung vom Strömungspfadeinlassabschnitt durch einen Nebenströmungspfad in einen zweiten Strömungspfad mit einem Einlass und einem Auslass hinein geleitet wird zum Erzeugen eines Freistrahls im zweiten Strömungspfad in Richtung auf den Auslass hin, dass der zweite Strömungspfad vom Strömungspfadauslassabschnitt durch das Trennelement getrennt wird, dass der Nebenströmungspfad den Strömungspfadeinlassabschnitt und den zweiten Strömungspfad fluidwirksam miteinander verbindet, dass der Fluidströmungsanteil den ersten Profilkörper, der vom Fluidauslass am weitesten entfernt ist, umströmt und dass der Fluidströmungsanteil eine Nebenströmungspfadauslassrichtung in den zweiten Strömungspfad hinein definiert, die parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement verläuft.The object set at the beginning is also achieved according to the invention in a method of the type described at the beginning in that a fluid flow component of the first fluid flow is guided from the flow path inlet section through a secondary flow path into a second flow path with an inlet and an outlet in order to generate a free jet in the second flow path towards the outlet, that the second flow path is separated from the flow path outlet section by the separating element, that the secondary flow path connects the flow path inlet section and the second flow path to one another in a fluid-effective manner, that the fluid flow component flows around the first profile body, which is farthest from the fluid outlet, and that the fluid flow component defines a secondary flow path outlet direction into the second flow path that is parallel or essentially parallel to the separating element runs.
Wie bereits oben erläutert kann durch den Fluidströmungsanteil, der den Nebenströmungspfad durchströmt, im zweiten Strömungspfad ein der Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung entsprechender Unterdruck erzeugt werden, um einen Durchtritt von Fluid durch das Trennelement, wenn dieses perforiert ist, hindurch zu erleichtern. Es ist insbesondere keine Drucksteuerung zur Steuerung eines Drucks im zweiten Strömungspfad erforderlich. Durch entsprechende Führung des Nebenströmungspfads kann rein geometrisch eine optimale Anpassung der Druckverhältnisse im zweiten Strömungspfad und im Strömungspfadauslassabschnitt erreicht werden. Insbesondere sind die Drücke in diesen beiden Bereichen etwa gleich groß.As already explained above, a negative pressure corresponding to the flow velocity of the fluid flow can be generated in the second flow path by the fluid flow portion which flows through the secondary flow path in order to facilitate passage of fluid through the separating element if it is perforated. In particular, no pressure control is required to control a pressure in the second flow path. By appropriately guiding the secondary flow path, it is possible, purely geometrically, to achieve an optimal adaptation of the pressure conditions in the second flow path and in the flow path outlet section. In particular, the pressures in these two areas are approximately the same.
Vorzugweise werden Schlierenbilder der die Profilkörperkaskade durchströmenden Fluidströmung aufgenommen. So lässt sich eine Fluidströmung auf einfache Weise sichtbar machen.Schlieren images of the fluid flow flowing through the profile body cascade are preferably recorded. In this way, a fluid flow can be made visible in a simple manner.
Das Verfahren lässt sich auf einfache Weise durchführen, wenn der zweite Strömungspfad mit einer Umgebung fluidwirksam verbunden ist. Insbesondere kann der zweite Strömungspfad mit seinem Einlass und seinem Auslass mit einer Umgebung fluidwirksam verbunden werden. Eine Fluidströmung durch den zweiten Strömungspfad hindurch wird insbesondere durch den Fluidströmungsanteil der ersten Fluidströmung, welche den Nebenströmungspfad durchströmt und in den zweiten Strömungspfad hinein strömt, induziert. The method can be carried out in a simple manner if the second flow path is connected to an environment in a fluidically effective manner. In particular, the inlet and outlet of the second flow path can be fluidly connected to an environment. A fluid flow through the second flow path is induced in particular by the fluid flow portion of the first fluid flow which flows through the secondary flow path and flows into the second flow path.
Ferner wird die Verwendung einer der oben beschriebenen Vorrichtungen und eines der oben beschriebenen Systeme zur Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren vorgeschlagen. So lassen sich auf einfache Weise Strömungsverhältnisse in Turbinenstufen simulieren und beobachten.Furthermore, the use of one of the devices described above and one of the systems described above for performing one of the methods described above is proposed. In this way, flow conditions in turbine stages can be simulated and observed in a simple way.
Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend in Form durchnummerierter Sätze definierten Ausführungsformen von Vorrichtungen, Systemen und Verfahren zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung:
- 1. Vorrichtung (
12 ) zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, welche Vorrichtung (12 ) einen ersten Strömungspfad (66 ) zwischen einem Fluideinlass (18 ) und einem Fluidauslass (20 ) aufweist, wobei im ersten Strömungspfad (66 ) zwischen dem Fluideinlass (18 ) und dem Fluidauslass (20 ) eine Profilkörperkaskade (22 ) mit einer Mehrzahl von Profilkörpern (24 ;24a-24f ) angeordnet ist, wobei benachbarte Profilkörper (24 ;24a-24f ) voneinander beabstandet sind und einen Profilströmungspfadabschnitt (72 ) zwischen sich definieren, wobei der erste Strömungspfad (66 ) zwischen dem Fluideinlass (18 ) und der Profilkörperkaskade (22 ) einen Strömungspfadeinlassabschnitt (80 ) und zwischen der Profilkörperkaskade (22 ) und dem Fluidauslass (20 ) einen Strömungspfadauslassabschnitt (82 ) definiert und wobei der Strömungspfadauslassabschnitt (82 ) von einem fluiddurchlässigen Trennelement (96 ) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12 ) einen zweiten Strömungspfad (68 ) mit einem Einlass (26 ) und einem Auslass (28 ) aufweist, dass der zweite Strömungspfad (68 ) vom Strömungspfadauslassabschnitt (82 ) durch das Trennelement (96 ) getrennt ist, dass die Vorrichtung (12 ) einen Nebenströmungspfad (106 ) aufweist, dass der Nebenströmungspfad (106 ) den Strömungspfadeinlassabschnitt (80 ) und den zweiten Strömungspfad (68 ) fluidwirksam miteinander verbindet, dass der Nebenströmungspfad (106 ) vom ersten Profilkörper (24a ), der vom Fluidauslass (20 ) am weitesten entfernt ist, begrenzt ist und dass der Nebenströmungspfad (106 ) eine Nebenströmungspfadauslassrichtung (108 ) in den zweiten Strömungspfad (68 ) hinein definiert, die parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement (96 ) verläuft. - 2.
Vorrichtung nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Fluideinlass (18 ) abgewandte Seitenfläche (74 ) des ersten Profilkörpers (24a ) den zweiten Strömungspfad (68 ) begrenzt. - 3. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungspfad (
66 ) und der zweite Strömungspfad (68 ) zwischen aufeinander zu weisenden, insbesondere parallel zueinander verlaufenden, Wandflächen (62 ,64 ) ausgebildet sind. - 4. Vorrichtung nach Satz 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement quer, insbesondere senkrecht, zu den Wandflächen (
62 ,64 ) ausgerichtet ist. - 5. Vorrichtung nach Satz 3
oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandflächen von Seitenflächen (58 ,60 ) im sichtbaren Spektralbereich durchsichtiger Platten (54 ,56 ), insbesondere Kunststoffplatten oder Glasplatten, definiert sind. - 6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (
96 ) an ein in Richtung auf den Fluidauslass (20 ) hin weisendes Profilkörperende (94 ) des ersten Profilkörpers (24a ) anschließend angeordnet ist. - 7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassrichtung (
70 ) des Fluideinlasses (18 ) und eine Auslassrichtung (76 ) des Fluidauslasses (20 ) einen Umlenkwinkel (78 ) einschließen. - 8.
Vorrichtung nach Satz 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassrichtung durch oder im Wesentlichen durch eine Ausrichtung (76 ) von dem Fluideinlass (18 ) abgewandten Profilkörperseitenflächen (74 ) der Profilkörper (24a-24f ) relativ zur Einlassrichtung (70 ) definiert ist. - 9. Vorrichtung nach Satz 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Fluideinlass (
18 ) abgewandten Profilkörperseitenflächen (74 ) eben oder im Wesentlichen eben sind. - 10. Vorrichtung nach einem der
Sätze 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (96 ) parallel oder im Wesentlichen parallel zur Auslassrichtung (76 ) verlaufend angeordnet ist. - 11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungspfad (
68 ) eine Strömungsrichtung definiert, welche geradlinig oder im Wesentlichen geradlinig verläuft. - 12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungspfad (
68 ) parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement (96 ) verläuft. - 13. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungspfad (
68 ) von einer dem Trennelement (96 ) gegenüberliegenden fluidundurchlässigen Begrenzungsfläche (102 ) begrenzt ist. - 14. Vorrichtung nach Satz 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche (
102 ) parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement (96 ) verläuft. - 15. Vorrichtung nach Satz 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsfläche (
102 ) verstellbar ausgebildet ist zum Verstellen eines zwischen dem Trennelement (96 ) und der Begrenzungsfläche (102 ) eingeschlossenen Winkels (112 ). - 16. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass alle Profilkörper (
24a-24f ) identisch ausgebildet sind. - 17. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Profilkörper (
24 ) der Profilkörperkaskade (22 ) ineinem Bereich von 4 bis 15 liegt, insbesondere in einem Bereich von 6bis 10. - 18. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass Profilkörperenden (
94 ) der Profilkörper (24a-24f ) eine gemeinsame Profilkörperendenfläche (114 ), insbesondere eine Ebene (116 ), definieren und dass die Profilkörperendenfläche (114 ) und das Trennelement (96 ) einen Öffnungswinkel (118 ) einschließen. - 19.
Vorrichtung nach Satz 18 , dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (118 ) in einem Bereich von etwa 5° bis etwa 30° liegt, insbesondere in einem Bereich von etwa 10° bis etwa 20°. - 20.
Vorrichtung nach Satz 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (96 ) verstellbar ausgebildet ist zum Einstellen des Öffnungswinkels (118 ). - 21. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Seitenfläche (
98 ) des Trennelements (96 ), die der Profilkörperkaskade (22 ) zugewandt ist, eben oder im Wesentlichen eben ausgebildet ist. - 22. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, insbesondere nach dem Oberbegriff des Satzes 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (
96 ) eine Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) aufweist. - 23.
Vorrichtung nach Satz 22 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) düsenförmig ausgebildet ist. - 24.
Vorrichtung nach Satz 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in Richtung auf den zweiten Strömungspfad (68 ) hin konisch erweitert. - 25.
Vorrichtung nach Satz 24 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Konuswinkel (122 ) der Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in einem Bereich von etwa 90° bis etwa 150° liegt, insbesondere in einem Bereich von etwa 110° bis etwa 130°. - 26. Vorrichtung nach einem der Sätze
22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in einem regelmäßigen oder einem unregelmäßigen Muster angeordnet ist. - 27.
Vorrichtung nach Satz 26 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in einem hexagonalen Muster angeordnet ist, bei welchem Muster jede Durchbrechung (120 ) von sechs Durchbrechungen (120 ) umgeben ist. - 28. Vorrichtung nach einem der Sätze
22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) identisch ausgebildet ist. - 29. Vorrichtung nach einem der Sätze
22 bis 28 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) jeweils rotationssymmetrisch bezogen auf eine von der jeweiligen Durchbrechung (120 ) definierte Durchbrechungslängsachse (124 ) ausgebildet ist. - 30. Vorrichtung nach Satz 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungslängsachse (
124 ) quer, insbesondere senkrecht, zum Trennelement (96 ) verläuft. - 31. Vorrichtung nach Satz 29 oder
30 , dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungslängsachse (124 ) in Richtung auf den Auslass (28 ) hin geneigt ist und mit dem Trennelement (96 ) einen Durchbrechungswinkel einschließt. - 32. Vorrichtung nach einem der Sätze
22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in Form von Bohrungen (128 ) ausgebildet ist. - 33. Vorrichtung nach einem der Sätze
22 bis 32 , dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Durchmesser (130 ) der Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in einemBereich von etwa 0,5mm bis etwa 2,1 mm liegt, insbesondere in einem 1,0Bereich von etwa mm bis etwa 1,6 mm. - 34. Vorrichtung nach einem der Sätze
22 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer von der Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) definierten Gesamtdurchbrechungsfläche bezogen auf eine Trennelementgesamtfläche in einem 0,1Bereich von etwa bis etwa 0,5 liegt. - 35. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (
96 ) eine Dicke (132 ) in einemBereich von etwa 0,3 mm bis etwa 1 mm aufweist. - 36. Vorrichtung nach Satz 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der Dicke (
132 ) zum minimalen Durchmesser (130 ) der Mehrzahl von Durchbrechungen (120 ) in einem 0,1Bereich von etwa bis etwa 1 liegt, insbesondere in einemBereich von etwa 0,2bis etwa 0,6. - 37. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (
26 ) und/oder der Auslass (28 ) und/oder der Fluidauslass (20 ) in eine Umgebung (30 ) der Vorrichtung (12 ) münden. - 38. System (
10 ) zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, welches System (10 ) eine Vorrichtung (12 ) nach einem der voranstehenden Sätze und eine Fluidquelle (14 ) umfasst zum Erzeugen einer Fluidströmung, wobei die Fluidquelle (14 ) und der Fluideinlass (18 ) fluidwirksam miteinander verbunden sind. - 39.
System nach Satz 38 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidquelle einen Flüssiggasspeicher (34 ) und/oder einen Druckgasspeicher (42 ) umfasst. - 40. Verfahren zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, bei welchem Verfahren eine erste Fluidströmung (
134 ) durch einen ersten Strömungspfad (66 ) zwischen einem Fluideinlass (18 ) und einem Fluidauslass (20 ) erzeugt wird, wobei im ersten Strömungspfad (66 ) zwischen dem Fluideinlass (18 ) und dem Fluidauslass (20 ) eine Profilkörperkaskade (22 ) mit einer Mehrzahl von Profilkörpern (24 ;24a-24f ) angeordnet wird, wobei benachbarte Profilkörper (24 ;24a-24f ) voneinander beabstandet angeordnet werden und einen Profilströmungspfadabschnitt (72 ) zwischen sich definieren, wobei der erste Strömungspfad (66 ) zwischen dem Fluideinlass (18 ) und der Profilkörperkaskade (22 ) einen Strömungspfadeinlassabschnitt (80 ) und zwischen der Profilkörperkaskade (22 ) und dem Fluidauslass (20 ) einen Strömungspfadauslassabschnitt (82 ) definiert, wobei der Strömungspfadauslassabschnitt (82 ) von einem fluiddurchlässigen Trennelement (96 ) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluidströmungsanteil (136 ) der ersten Fluidströmung (134 ) vom Strömungspfadeinlassabschnitt (80 ) durch einen Nebenströmungspfad (106 ) in einen zweiten Strömungspfad (68 ) mit einem Einlass (26 ) und einem Auslass (28 ) hinein geleitet wird zum Erzeugen eines Freistrahls im zweiten Strömungspfad (68 ) in Richtung auf den Auslass (28 ) hin, dass der zweite Strömungspfad (68 ) vom Strömungspfadauslassabschnitt (82 ) durch das Trennelement (96 ) getrennt wird, dass der Nebenströmungspfad (106 ) den Strömungspfadeinlassabschnitt (80 ) und den zweiten Strömungspfad (68 ) fluidwirksam miteinander verbindet, dass der Fluidströmungsanteil (136 ) den ersten Profilkörper (24a ), der vom Fluidauslass (20 ) am weitesten entfernt ist, umströmt und dass der Fluidströmungsanteil (136 ) eine Nebenströmungspfadauslassrichtung (108 ) in den zweiten Strömungspfad (68 ) hinein definiert, die parallel oder im Wesentlichen parallel zum Trennelement (96 ) verläuft. - 41. Verfahren nach
Satz 40 , dadurch gekennzeichnet, dass Schlierenbilder der die Profilkörperkaskade (22 ) durchströmenden Fluidströmung aufgenommen werden. - 42. Verfahren nach
Satz 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungspfad (68 ) mit einer Umgebung (30 ) fluidwirksam verbunden wird. - 43. Verwendung einer Vorrichtung (
12 ) nach einem derSätze 1 bis 37 oder eines Systems (10 ) nachSatz 38 oder 39 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Sätze40 bis 42 .
- 1. Device (
12 ) to investigate the flow around turbine blades with supersonic flow, which device (12 ) a first flow path (66 ) between a fluid inlet (18th ) and a fluid outlet (20th ), wherein in the first flow path (66 ) between the fluid inlet (18th ) and the fluid outlet (20th ) a profile body cascade (22nd ) with a plurality of profile bodies (24 ;24a-24f ) is arranged, with adjacent profile bodies (24 ;24a-24f ) are spaced apart and have a profile flow path section (72 ) define between them, the first flow path (66 ) between the fluid inlet (18th ) and the profile body cascade (22nd ) a flow path inlet section (80 ) and between the profile body cascade (22nd ) and the fluid outlet (20th ) a flow path outlet section (82 ) and wherein the flow path outlet section (82 ) by a fluid-permeable separating element (96 ) is limited, characterized in that the device (12 ) a second flow path (68 ) with an inlet (26th ) and an outlet (28 ) has that the second flow path (68 ) from the flow path outlet section (82 ) through the separator (96 ) is separated, that the device (12 ) a bypass path (106 ) has that the secondary flow path (106 ) the flow path inlet section (80 ) and the second flow path (68 ) fluidly connects with each other that the secondary flow path (106 ) from the first profile body (24a ) coming from the fluid outlet (20th ) is furthest away, is limited and that the bypass flow path (106 ) a bypass path outlet direction (108 ) into the second flow path (68 ) which are parallel or essentially parallel to the separating element (96 ) runs. - 2. Device according to
sentence 1, characterized in that one of the fluid inlet (18th ) remote side surface (74 ) of the first profile body (24a ) the second flow path (68 ) limited. - 3. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the first flow path (
66 ) and the second flow path (68 ) between facing, in particular parallel, wall surfaces (62 ,64 ) are trained. - 4. Device according to sentence 3, characterized in that the separating element transversely, in particular perpendicular, to the wall surfaces (
62 ,64 ) is aligned. - 5. Device according to
sentence 3 or 4, characterized in that the wall surfaces of side surfaces (58 ,60 ) in the visible spectral range of transparent plates (54 ,56 ), in particular plastic plates or glass plates, are defined. - 6. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the Separator (
96 ) to one in the direction of the fluid outlet (20th ) pointing profile body end (94 ) of the first profile body (24a ) is then arranged. - 7. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that an inlet direction (
70 ) of the fluid inlet (18th ) and an outlet direction (76 ) of the fluid outlet (20th ) a deflection angle (78 ) lock in. - 8. Device according to
sentence 7, characterized in that the outlet direction by or essentially by an alignment (76 ) from the fluid inlet (18th ) facing profile body side surfaces (74 ) the profile body (24a-24f ) relative to the inlet direction (70 ) is defined. - 9. Device according to sentence 8, characterized in that the fluid inlet (
18th ) facing profile body side surfaces (74 ) are flat or essentially flat. - 10. Device according to one of
sentences 7 to 9, characterized in that the separating element (96 ) parallel or essentially parallel to the outlet direction (76 ) is arranged to run. - 11. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the second flow path (
68 ) defines a direction of flow which is straight or substantially straight. - 12. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the second flow path (
68 ) parallel or essentially parallel to the separating element (96 ) runs. - 13. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the second flow path (
68 ) from one of the separating elements (96 ) opposite fluid-impermeable boundary surface (102 ) is limited. - 14. Device according to sentence 13, characterized in that the boundary surface (
102 ) parallel or essentially parallel to the separating element (96 ) runs. - 15. Device according to
sentence 13 or 14, characterized in that the boundary surface (102 ) is designed to be adjustable for adjusting one between the separating element (96 ) and the boundary surface (102 ) included angle (112 ). - 16. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that all profile bodies (
24a-24f ) are designed identically. - 17. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that a number of the profile bodies (
24 ) the profile body cascade (22nd ) is in a range from 4 to 15, in particular in a range from 6 to 10. - 18. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the profile body ends (
94 ) the profile body (24a-24f ) a common profile body end face (114 ), especially one level (116 ), and that the extrusion end face (114 ) and the separator (96 ) an opening angle (118 ) lock in. - 19. Device according to sentence
18th , characterized in that the opening angle (118 ) is in a range from about 5 ° to about 30 °, in particular in a range from about 10 ° to about 20 °. - 20. Device according to sentence
18th or 19, characterized in that the separating element (96 ) is adjustable for setting the opening angle (118 ). - 21. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that a first side surface (
98 ) of the separator (96 ), the profile body cascade (22nd ) is facing, is flat or substantially flat. - 22. Device according to one of the preceding sentences, in particular according to the preamble of
sentence 1, characterized in that the separating element (96 ) a plurality of perforations (120 ) having. - 23. Device according to sentence
22nd , characterized in that the plurality of perforations (120 ) is nozzle-shaped. - 24. Device according to sentence
22nd or 23, characterized in that the plurality of perforations (120 ) in the direction of the second flow path (68 ) widened conically. - 25. Device according to
sentence 24 , characterized in that a cone angle (122 ) the plurality of perforations (120 ) is in a range from about 90 ° to about 150 °, in particular in a range from about 110 ° to about 130 °. - 26. Device according to one of the sentences
22nd to 25, characterized in that the plurality of perforations (120 ) is arranged in a regular or an irregular pattern. - 27. Device according to sentence
26th , characterized in that the plurality of perforations (120 ) is arranged in a hexagonal pattern, in which pattern each perforation (120 ) of six breakthroughs (120 ) is surrounded. - 28. Device according to one of the sentences
22nd to 27, characterized in that the plurality of openings (120 ) is designed identically. - 29. Device according to one of the sentences
22nd to28 , characterized in that the plurality of perforations (120 ) each rotationally symmetrical in relation to one of the respective opening (120 ) defined longitudinal axis of the opening (124 ) is trained. - 30. Device according to sentence 29, characterized in that the opening longitudinal axis (
124 ) across, especially perpendicular, to the separating element (96 ) runs. - 31. Device according to sentence 29 or
30th , characterized in that the longitudinal axis of the opening (124 ) towards the outlet (28 ) is inclined and with the separator (96 ) includes an opening angle. - 32. Device according to one of the sentences
22nd to 31, characterized in that the plurality of openings (120 ) in the form of holes (128 ) is trained. - 33. Device according to one of the sentences
22nd to32 , characterized in that a minimum diameter (130 ) the plurality of perforations (120 ) is in a range from about 0.5 mm to about 2.1 mm, in particular in a range from about 1.0 mm to about 1.6 mm. - 34. Device according to one of the sentences
22nd to 33, characterized in that a ratio of one of the plurality of perforations (120 ) defined total opening area based on a separating element total area in a range from about 0.1 to about 0.5. - 35. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the separating element (
96 ) a thickness (132 ) in a range from about 0.3 mm to about 1 mm. - 36. Device according to sentence 35, characterized in that a ratio of the thickness (
132 ) to the minimum diameter (130 ) the plurality of perforations (120 ) is in a range from about 0.1 to about 1, in particular in a range from about 0.2 to about 0.6. - 37. Device according to one of the preceding sentences, characterized in that the inlet (
26th ) and / or the outlet (28 ) and / or the fluid outlet (20th ) in an environment (30th ) of the device (12 ) flow. - 38.System (
10 ) to investigate the flow around turbine blades with supersonic flow, which system (10 ) a device (12 ) according to one of the preceding sentences and a fluid source (14th ) comprises for generating a fluid flow, wherein the fluid source (14th ) and the fluid inlet (18th ) are fluidly connected to one another. - 39. System by
theorem 38 , characterized in that the fluid source is a liquid gas storage (34 ) and / or a pressurized gas storage (42 ) includes. - 40. Method for investigating the flow around turbine blades with supersonic outflow, in which method a first fluid flow (
134 ) through a first flow path (66 ) between a fluid inlet (18th ) and a fluid outlet (20th ) is generated, where in the first flow path (66 ) between the fluid inlet (18th ) and the fluid outlet (20th ) a profile body cascade (22nd ) with a plurality of profile bodies (24 ;24a-24f ) is arranged, with adjacent profile bodies (24 ;24a-24f ) are arranged at a distance from each other and a profile flow path section (72 ) define between them, the first flow path (66 ) between the fluid inlet (18th ) and the profile body cascade (22nd ) a flow path inlet section (80 ) and between the profile body cascade (22nd ) and the fluid outlet (20th ) a flow path outlet section (82 ), the flow path outlet section (82 ) by a fluid-permeable separating element (96 ) is limited, characterized in that a fluid flow component (136 ) of the first fluid flow (134 ) from the flow path inlet section (80 ) through a bypass path (106 ) into a second flow path (68 ) with an inlet (26th ) and an outlet (28 ) is passed into it to generate a free jet in the second flow path (68 ) towards the outlet (28 ) indicates that the second flow path (68 ) from the flow path outlet section (82 ) through the separator (96 ) is separated so that the secondary flow path (106 ) the flow path inlet section (80 ) and the second flow path (68 ) effectively connects with each other that the fluid flow component (136 ) the first profile body (24a ) coming from the fluid outlet (20th ) is farthest away, flows around and that the fluid flow portion (136 ) a bypass path outlet direction (108 ) into the second flow path (68 ) which are parallel or essentially parallel to the separating element (96 ) runs. - 41. Procedure according to
sentence 40 , characterized in that Schlieren images of the profile body cascade (22nd ) flowing fluid flow can be recorded. - 42. Procedure according to
sentence 40 or 41, characterized in that the second flow path (68 ) with an environment (30th ) is fluidly connected. - 43. Use of a device (
12 ) according to one of thesentences 1 to 37 or a system (10 ) according tosentence 38 or 39 to carry out a procedure according to one of thesentences 40 to42 .
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Systems zur Untersuchung der Strömung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung; -
2 : eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung; -
3 : eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Untersuchung der Umströmung von Turbinenschaufeln mit Überschall-Abströmung, die einen Teil des in2 dargestellten Ausführungsbeispiels eines System bildet; -
4 : eine Draufsicht auf die Anordnung aus3 in Richtung des Pfeils A; -
5 : eine Ansicht der Anordnung aus4 in Richtung des Pfeils B; -
5A : eine vergrößerte Ansicht des Teilbereichs C aus5 ; -
6 : eine schematische Draufsicht eines Trennelements auf dessen von der Profilkörperkaskade weg weisenden Seitenfläche; -
7 : eine Schnittansicht längs Linie 7-7 in6 ; -
8 : ein HintergrundschlierenBild eines Strömungsversuchs mit dem in Figur dargestellten Ausführungsbeispiel eines Systems; -
9 : ein weiteres Hintergrundschlierenbild eines Strömungsversuchs; -
10 : eine Darstellung des Ergebnisses einer CFD-(Computational Fluid Dynamics)-Rechnung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung ohne Trennelement; -
11 : eine Darstellung der Berechnung analog der Berechnung zu10 , jedoch mit fluidundurchlässigem Trennelement; und -
12 : eine Darstellung des Ergebnisses einer CFD-Rechnung analog 10 , jedoch mit einem perforierten Trennelement miteinem Lochdurchmesser von 1,3 mm.
-
1 : a schematic representation of an embodiment of a system for examining the flow of turbine blades with supersonic outflow; -
2 : a schematic representation of a further embodiment of a system for investigating the flow around turbine blades with supersonic outflow; -
3 : a schematic perspective representation of a device for examining the flow around turbine blades with supersonic outflow, which is part of the in2 illustrated embodiment of a system; -
4th : a plan view of the arrangement3 in the direction of arrow A; -
5 : a view of the arrangement4th in the direction of arrow B; -
5A : an enlarged view of the portion C.5 ; -
6th : a schematic plan view of a separating element on its side surface facing away from the profile body cascade; -
7th Figure 7 is a sectional view taken along line 7-7 in6th ; -
8th : a background streak image of a flow test with the embodiment of a system shown in FIG. -
9 : Another background streak image of a flow test; -
10 : a representation of the result of a CFD (Computational Fluid Dynamics) calculation of an exemplary embodiment of a device without a separating element; -
11 : a representation of the calculation analogous to thecalculation 10 but with a fluid-impermeable separating element; and -
12 : a representation of the result of aCFD calculation analog 10 , but with a perforated separator with a hole diameter of 1.3 mm.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems
Das System
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Fluidquelle
Der Tank
Der Tank
Eine Pumpe
Mit der Fluidquelle
Der Aufbau der Vorrichtung
Das in die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Aufeinander zuweisende Seitenflächen
Der Fluideinlass
Benachbarte Profilkörper
Die Profilkörper
Die Profilkörperseitenflächen
Die Einlassrichtung
Der erste Strömungspfad
Die Wandfläche
Die Profilkörperseitenfläche
Ein vom Fluideinlass
Die Profilkörperkaskade
Der Strömungspfadauslassabschnitt
Das Trennelement
Parallel zum Trennelement
Das Trennelement
Die Vorrichtung
Der Nebenströmungspfad
Durch die Form des Profilströmungspfadabschnitts
Die vom Fluideinlass
Das Trennelement
Der zweite Strömungspfad
Der beschriebene zweite Strömungspfad
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, das in den Figuren nicht dargestellt ist, ist die Begrenzungsfläche
Die Profilkörperkaskade
Die Profilkörperenden
Bei einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Trennelement
Die erste Seitenfläche
Die zweite Seitenfläche
Das Trennelement
Ein Konuswinkel
Wie beispielhaft in
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchbrechungen
Die Durchbrechungen
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Durchbrechungslängsachse
Die Mehrzahl von Durchbrechungen
Ein minimaler Durchmesser
Die Mehrzahl von Durchbrechungen
Das Trennelement
Ein Verhältnis der Dicke
Wie bereits erwähnt, münden der Einlass
Mit dem System
Ein Fluidströmungsanteil
Durch die durchsichtige Ausgestaltung der Platten
Zum Durchführen von Strömungsversuchen wird der in der Vorkammer
Die
Ferner ist in den
Die Überschallströmung liegt an der ersten Seitenfläche
In den
Im Gegensatz hierzu zeigt
In
In den
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen
Wie beschrieben ist ein Aufwand zur Durchführung von Strömungsexperimenten mit den vorgeschlagenen Vorrichtungen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Systemsystem
- 1212
- Vorrichtungcontraption
- 1414th
- FluidquelleFluid source
- 1616
- VerbindungsleitungConnecting line
- 1818th
- FluideinlassFluid inlet
- 2020th
- FluidauslassFluid outlet
- 2222nd
- ProfilkörperkaskadeProfile body cascade
- 24, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f24, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f
- ProfilkörperProfile body
- 2626th
- Einlassinlet
- 2828
- AuslassOutlet
- 3030th
- UmgebungSurroundings
- 3232
- Kastenbox
- 3434
- Tanktank
- 3636
- VentilValve
- 3838
- VerbindungsleitungConnecting line
- 4040
- VentilValve
- 4242
- Tanktank
- 4444
- Pumpepump
- 4646
- VerbindungsleitungConnecting line
- 4848
- VerdampferEvaporator
- 5050
- VerbindungsleitungConnecting line
- 5252
- VorkammerAntechamber
- 5454
- Plattenplates
- 5656
- Plattenplates
- 5858
- SeitenflächeSide face
- 6060
- SeitenflächeSide face
- 6262
- WandflächeWall surface
- 6464
- WandflächeWall surface
- 6666
- erster Strömungspfadfirst flow path
- 6868
- zweiter Strömungspfadsecond flow path
- 7070
- EinlassrichtungInlet direction
- 7272
- ProfilströmungspfadabschnittProfile flow path section
- 7474
- ProfilkörperseitenflächeProfile body face
- 7676
- AuslassrichtungOutlet direction
- 7878
- UmlenkwinkelDeflection angle
- 8080
- StrömungspfadeinlassabschnittFlow path inlet section
- 8282
- Ström ungspfadauslassabschn ittFlow path outlet section
- 8484
- WandflächeWall surface
- 8686
- WandflächeWall surface
- 8888
- FührungsflächeGuide surface
- 9090
- ProfilkörperseitenflächeProfile body face
- 9292
- FührungsflächeGuide surface
- 9494
- Profil körperendeProfile body end
- 9696
- TrennelementSeparator
- 9898
- erste Seitenflächefirst side face
- 100100
- zweite Seitenflächesecond side face
- 102102
- BegrenzungsflächeBoundary surface
- 104104
- BegrenzungsflächeBoundary surface
- 106106
- NebenströmungspfadSecondary flow path
- 108108
- NebenströmungspfadauslassrichtungBypass flow path outlet direction
- 110110
- StrömungsrichtungDirection of flow
- 112112
- Winkelangle
- 114114
- ProfilkörperendenflächeBody end face
- 116116
- Ebenelevel
- 118118
- ÖffnungswinkelOpening angle
- 120120
- DurchbrechungBreakthrough
- 122122
- KonuswinkelCone angle
- 124124
- DurchbrechungslängsachseOpening longitudinal axis
- 126126
- MittelebeneMiddle plane
- 128128
- Bohrungdrilling
- 130130
- Durchmesserdiameter
- 132132
- Dickethickness
- 134134
- erste Fluidströmungfirst fluid flow
- 136136
- FluidströmungsanteilFluid flow fraction
Claims (20)
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116929701A (en) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | Method and system for measuring flow trace of airfoil surface |
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CN116929701A (en) * | 2023-09-15 | 2023-10-24 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | Method and system for measuring flow trace of airfoil surface |
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