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Gasturbinen und Flugtriebwerke haben im Energie- und Mobilitätssektor eine große Bedeutung, welche in Zukunft noch weiter zunehmen wird. Um bei dieser Zunahme die Klimaziele einhalten zu können, sind eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades sowie eine Senkung der Emissionen unumgänglich. Eine Steigerung des Wirkungsgrades lässt sich unter anderem durch die Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur erreichen. Durch fortschrittliche Verbrennungskonzepte können die Stickoxidemissionen reduziert werden. Beide Maßnahmen führen jedoch zu einer deutlichen Zunahme der thermischen Belastung im seitenwandnahen Bereich der Turbine. Dies erfordert eine Intensivierung der Kühlung um ein Versagen der Bauteile auszuschließen. Um die Kühlwirkung ohne den zusätzlichen Einsatz von Kühlluft effizient zu steigern, rückt eine gezielte Nutzung der aus fertigungsbedingten Spalten ausgeblasenen Sperrluft zu Kühlzwecken mehr und mehr in den Fokus der Forschung. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der fertigungsbedingte Spalt zwischen zwei Schaufelsegmenten, welcher auch als Midpassage-Gap bezeichnet wird, experimentell unter maschinenähnlichen Bedingungen thermisch untersucht. Um das Kühlpotential im kompletten seitenwandnahen Bereich untersuchen zu können, wurde im Rahmen der Arbeit die Weiterentwicklung eines Kalibrierverfahrens für Infrarotaufnahmen erforderlich. Damit sind nun verwertbare Messungen auch bei sehr großen Sichtwinkeln von bis zu 75° möglich. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die aus besagtem Spalt ausgeblasene Sperrluft das Potential hat, neben dem saugseitigen Bereich der Seitenwand auch den seitenwandnahen Bereich der Schaufelsaugseite zu kühlen. Eine Variation der Spaltgeometrie hebt das Potential aber auch die Grenzen der Kühlwirkung der aus dem Midpassage-Gap ausgeblasenen Sperrluft hervor und gibt einen Einblick in die komplexe Interaktion zwischen Heißgas und Sperrluft. Die Daten stellen eine wertvolle Basis für die Auslegung und Optimierung des Kühlkonzepts zukünftiger Maschinen dar. |
