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Publication
Hot-Wire Measurements in a Low Pressure Turbine Linear Cascade
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.86 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
Numerical simulations are an important analysis and design tool in the turbomachinery industry. The ambition to improve the performance and sustainability of modern aeroengines,
combined with the extensive use of numerical simulation, has created new challenges in the
development of accurate CFD tools. The turbulence modelling and the lack of well defined
boundary conditions are two of the most significant limitations in the application of CFD in
turbomachinery flows, with the characteristics of the inlet turbulent flow being usually the
biggest unknown.
The presented study addresses the application of HotWire Anemometry in a lowdensity
and highspeed flow, at the inlet of a linear cascade representative of a transonic low pressure
turbine. In this context, the main objective of this research is the turbulence characterization
of the inlet section of the cascade, in terms of turbulence intensity and integral length scales.
The HotWire Anemometry is a well known technique for measuring velocity fluctuations.
However, measurements in the present conditions feature an increased degree of complexity,
due to the compressibility of the flow and the effect of the gas rarefaction. Moreover, few
investigations were conducted in such conditions, highlighting a lack of a solid methodology
for this kind of application.
In the frame of a large EUfunded project, the test campaign took place in the highspeed
and lowdensity wind tunnel S1/C, located at the von Karman Institute for Fluid Dynamics.
A single hotwire was employed and a recently developed nondimensional calibration was
implemented. The measurements were performed upstream of the cascade with the presence of a passive and an active turbulence generator. For timeaverage measurements the
inlet endwall boundary layer was characterized in terms of mean velocity, integral parameters and wall units. In the first case of the campaign regarding only the passive turbulence
generator, three methodologies were compared for the timeresolved measurements. Once
the methodology was selected the inlet turbulence intensity, integral length scales and energy
spectra were computed. In the second phase of the campaign with both active and passive
turbulence generators, a phase locked averaging had to be applied to remove the periodic
components of the signal. Eventually, the obtained dataset can be used to define highorder
boundary conditions for the validation of highfidelity numerical tools for turbomachinery
applications.
As simulações numéricas são uma ferramenta importante de análise e design na indústria aeronáutica. A ambição de melhorar o desempenho e a sustentabilidade dos motores aeronáuticos modernos, combinada com o uso intensivo de simulações numéricas, criou novos desafios no desenvolvimento de ferramentas de CFD. A modelação da turbulência e a dificuldade em definir corretamente as condições de fronteira são duas das limitações mais significativas na aplicação de CFD em escoamentos característicos de turbomáquinas, sendo as características de entrada do escoamento turbulento geralmente a maior incógnita. O presente estudo aborda a aplicação de anemometria de fio quente num escoamento de baixa densidade e alta velocidade, na entrada de uma cascata linear representativa de uma turbina transónica de baixa pressão. O objetivo principal desta pesquisa é a caracterização do escoamento na secção de entrada da cascata, em termos de turbulência e escalas de comprimento integral. A anemometria de fio quente é uma técnica amplamente conhecida para medir flutuações de velocidade. Contudo, as condições de medição neste estudo apresentam um elevado grau de complexidade, devido à compressibilidade do escoamento e ao efeito da rarefação. Além disso, poucas investigações foram realizadas nas condições indicadas, evidenciando a falta de uma metodologia sólida para este tipo de aplicação. No âmbito de um projeto financiado pela UE, a campanha de testes ocorreu no túnel de vento de alta velocidade e baixa densidade S - 1/C, localizado no von Karman Institute for Fluid Dynamics. Foi utilizado um fio quente simples e implementada uma calibração não dimensional desenvolvida recentemente. As medições foram realizadas acima da cascata com a presença de dois geradores de turbulência, um passivo e um ativo. Para as medições de média temporal, a camada limite foi caracterizada em termos de velocidade média, parâmetros integrais e parâmetros da parede. Na primeira fase da campanha referente apenas ao gerador passivo de turbulência, três metodologias foram comparadas para as medições de série temporal. Após selecionada a metodologia, a turbulência, as escalas de comprimento integral e os espectros de energia foram calculados. Na segunda fase da campanha com ambos os geradores de turbulência, a phase locked averaging foi aplicada para remover os componentes periódicos do sinal. Eventualmente, o conjunto de dados obtido poderá ser usado para para a validar ferramentas numéricas para aplicações em turbomáquinas.
As simulações numéricas são uma ferramenta importante de análise e design na indústria aeronáutica. A ambição de melhorar o desempenho e a sustentabilidade dos motores aeronáuticos modernos, combinada com o uso intensivo de simulações numéricas, criou novos desafios no desenvolvimento de ferramentas de CFD. A modelação da turbulência e a dificuldade em definir corretamente as condições de fronteira são duas das limitações mais significativas na aplicação de CFD em escoamentos característicos de turbomáquinas, sendo as características de entrada do escoamento turbulento geralmente a maior incógnita. O presente estudo aborda a aplicação de anemometria de fio quente num escoamento de baixa densidade e alta velocidade, na entrada de uma cascata linear representativa de uma turbina transónica de baixa pressão. O objetivo principal desta pesquisa é a caracterização do escoamento na secção de entrada da cascata, em termos de turbulência e escalas de comprimento integral. A anemometria de fio quente é uma técnica amplamente conhecida para medir flutuações de velocidade. Contudo, as condições de medição neste estudo apresentam um elevado grau de complexidade, devido à compressibilidade do escoamento e ao efeito da rarefação. Além disso, poucas investigações foram realizadas nas condições indicadas, evidenciando a falta de uma metodologia sólida para este tipo de aplicação. No âmbito de um projeto financiado pela UE, a campanha de testes ocorreu no túnel de vento de alta velocidade e baixa densidade S - 1/C, localizado no von Karman Institute for Fluid Dynamics. Foi utilizado um fio quente simples e implementada uma calibração não dimensional desenvolvida recentemente. As medições foram realizadas acima da cascata com a presença de dois geradores de turbulência, um passivo e um ativo. Para as medições de média temporal, a camada limite foi caracterizada em termos de velocidade média, parâmetros integrais e parâmetros da parede. Na primeira fase da campanha referente apenas ao gerador passivo de turbulência, três metodologias foram comparadas para as medições de série temporal. Após selecionada a metodologia, a turbulência, as escalas de comprimento integral e os espectros de energia foram calculados. Na segunda fase da campanha com ambos os geradores de turbulência, a phase locked averaging foi aplicada para remover os componentes periódicos do sinal. Eventualmente, o conjunto de dados obtido poderá ser usado para para a validar ferramentas numéricas para aplicações em turbomáquinas.
Description
Keywords
Anemometria de Fio Quente Camada Limite Cfd Escalas de Comprimento Pla Psd Tunel de Vento Turbina de Baixa Pressão Turbomáquinas Turbulência