Turbulenzproduktion stromab einer hochbelasteten Niederdruckturbinenkaskade unter Einfluss der Profilbelastung und des Seitenwandgrenzschichtzustandes

In dieser Dissertation wird die Entwicklung der Zustandsgrößen des mittleren und turbulenten Strömungsfeldes im Abströmfeld einer hochbelasteten, kompressibel durchströmten NDT-Kaskade experimentell untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Analyse der Abhängigkeiten von der Mach- und Reynolds-Zahl am Kaskadeneintritt. Hierzu wurden am Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal der Universität der Bundeswehr München umfangreiche Strömungsmessungen an einer NDT-Kaskade bei verschiedenen Mach- und Reynolds-Zahlen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit belegen, dass ein Großteil der durch die turbulente Spannungs-Dehnungs-Interaktion begründeten Umwandlung sekundärer kinetischer Energie in turbulente kinetische Energie im Interaktionsgebiet zwischen Kanal- und Hinterkantenwirbel stattfindet. Die Reynolds’schen Normalspannungen dominieren dabei den TKE-Produktionsprozess, während die Scherspannungskomponenten hauptsächlich für die Umverteilung mittlerer und turbulenter kinetischer Energie zwischen den Raumkomponenten sowie für die teilweise Rückumwandlung von TKE in mittlere kinetische Energie verantwortlich sind. Die angestellte Mach-Zahl-Analyse und Vergleiche mit inkompressiblen Strömungsfällen aus der Literatur legen nahe, dass der Einfluss der Normalspannungen auf die TKE-Produktion und damit auf die Verlustentstehung zu höheren Mach-Zahlen zunimmt. Daneben geht die Erhöhung der Mach-Zahl und die damit verbundene Absenkung der Profilbelastung mit einer geringeren normierten turbulenten kinetischen Energie sowie einer lokal abgeschwächten normierten TKE-Produktion einher. Der mit Erhöhung der Reynolds-Zahl sinkende Einfluss viskoser Kräfte auf das Strömungsfeld führt zu einer generellen Totaldruckverlustreduktion und niedrigeren Integralwerten der normierten TKE. Demgegenüber steht die Entwicklung der normierten sekundären kinetischen Energie und des Turbulenzproduktionsterms, welche im Zuge der Reynolds-Zahl-Erhöhung zum Teil starke Zuwächse aufweisen.