 | Voges M. Entwicklung und Einsatz eines Sonden-basierten PIV Systems zur störungsfreien, dreikomponentigen Geschwindigkeitsmessung im Blattspitzenbereich transsonischer Turbomaschinen-Strömungen: Diss. … Dr.-Ing. / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik, Köln. - Köln: DLR, Bibliotheks- und Informationswesen, 2011. - IV, 187 S.: Ill. - (Forschungsbericht; 2011-21). - Bibliogr.: S.122-129. - ISSN 1434-8454
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1 Einleitung ................................................... 1
1.1 Stand der Technik in der Turbomaschinen-Forschung ....... 1
1.2 Laser-basierte Geschwindigkeitsmesstechnik für den
Einsatz in Turbomaschinen-Strömungen .................... 6
1.3 Ziel der Arbeit ......................................... 9
1.4 Das Prinzip der PIV ..................................... 9
2 PIV in transsonischen Turbomaschinen ........................ 15
2.1 Optische Zugänglichkeit und räumliche Auflösung ........ 15
2.2 Zeitliche Auflösung von PIV ............................ 19
2.3 Auswahl geeigneter Streupartikel ....................... 19
3 Der Transsonikverdichter .................................... 24
4 Entwicklung des Sonden-basierten PIV Systems ................ 27
4.1 Vorversuche mit einem generischen Casing Treatment ..... 27
4.2 Auswahl geeigneter Lichtschnittebenen für die PIV
Messung am TSV ......................................... 32
4.3 Sondenkonstruktion und Lichtschnittdimensionierung ..... 34
4.4 Positionierung der Sonden .............................. 38
4.5 Erweiterte Betrachtung zum Sondendesign ................ 41
5 Komponenten des PIV Systems für den Einsatz mit
Lichtschnittsonden .......................................... 44
5.1 Lasersystem und Strahljustage .......................... 44
5.2 Partikel ............................................... 46
5.3 Kameras und Kalibrierung ............................... 48
5.4 Bilderfassung .......................................... 51
5.5 Synchronisation ........................................ 52
6 Versuchsvorbereitungen ...................................... 55
6.1 Modifikation des Transsonikverdichters ................. 55
6.2 Messprogramm und Umsetzung ............................. 60
6.3 Die numerische Simulation des TSV mit TRACE ............ 63
7 Fehlerbetrachtung und Auswertung der PIV Daten .............. 65
7.1 Herkömmliche Fehlerabschätzung ......................... 65
7.2 Einfluss des gewählten Seedings auf die
Messgenauigkeit ........................................ 67
7.3 Auswertung der PIV Daten ............................... 67
7.3.1 Auswertung der 2CPIV Messdaten mit CT und
glatter Wand .................................... 68
7.3.2 Ausweitung der SPIV Messdaten im Spalt mit CT ... 69
7.3.3 Nachbearbeitung zur Darstellung der
Ergebnisse ...................................... 73
8 Untersuchung der Blattspitzenwechselwirkung mit dem Casing
Treatment ................................................... 75
8.1 Referenzfall mit glattem Gehäuse ....................... 75
8.2 Strömungsergebnisse in der Rotorpassage mit Casing
Treatment .............................................. 81
8.2.1 Lichtschnitt bei zrel = 87,5% ................... 81
8.2.2 Lichtschnitt bei zrel = 95% ..................... 88
8.3 Strömungsergebnisse im Spalt bei zrel = 99% mit
Casing Treatment ....................................... 99
8.4 Diskussion ............................................ 113
9 Zusammenfassung ............................................ 116
10 Ausblick ................................................... 120
11 Nomenklatur ................................................ 120
11.1 Abkürzungen ........................................... 120
11.2 Symbolik .............................................. 122
12 Literaturverzeichnis ....................................... 122
13 Bildanhang zur Ergebnisdiskussion .......................... 131
13.1 Licbtschnitt bei zrel = 87,5% ......................... 131
13.2 Lichtschnitt bei zrel = 95% ........................... 145
13.3 Lichtschnitt bei zrel = 99% ........................... 162
14 Anhang ..................................................... 182
14.1 Verzeichnis der PIV Komponenten ....................... 182
14.2 Quellcode der PIV Sequenz im Synchronizer ............. 182
14.3 Berechnung von MACH-Zahl, Inzidenzwinkel und
RMS-Werten ............................................ 183
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