Open Test Case zur Kalibrierung von Simulationsverfahren für konvektiv gekühlte Schaufeln von Wasserstoff- und Erdgasturbinen

Description: In der Zukunft werden Wasserstoff-Gasturbinen eine wichtigen Stellenwert in der Stromerzeugung einnehmen, da sie aufgrund ihrer Flexibilität hervorragend zum Ausgleich von Fluktuationen der erneuerbaren Energien eingesetzt und klimaneutral betrieben werden können. Voraussetzung für die Entwicklung und Auslegung moderner Gasturbinen sind die Zuverlässigkeit und Genauigkeit von numerischen Berechnungsverfahren. Die Vorhersage der Strömung und des Wärmeübergangs an gekühlten Turbinenschaufel ist dabei aufgrund der hohen Komplexität eine besondere Herausforderung. Aus dem Grund sind hochauflösende experimentelle Datensätze realer Maschinen unerlässlich zur Validierung und Weiterentwicklung von numerischen Methoden und Modellen. Zu diesem Zweck werden am Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen (IST) der RWTH Aachen University werden an zwei Prüfständen, 'Heißgaskanal' (HGK) und 'Kaltluftkanal' (KLK), die Strömung und der Wärmeübergang an industriellen Gasturbinenschaufeln untersucht. Im HGK werden unter realistischen Temperaturbedingungen (Heißgas bis zu 1000 Grad C und Kühlluft bis zu 300 Grad C) die Materialtemperaturen von Gasturbinenschaufeln untersucht. Diese Daten eignen sich ausgezeichnet zur Validierung der Wärmeübergangsmodelle in numerischen Strömungslösern. Die Daten werden durch den KLK ergänzt, der zur Untersuchung der komplexen Innenströmung des Kühlluftsystems eingesetzt wird. Die Skalierung der Geometrie um den Faktor 5 erlaubt eine detailliertere Vermessung der Innenströmung sowie die Bestimmung von Wärmeübergangskoeffizienten. Die experimentellen Daten der am IST vorhandenen Prüfstände definieren zwei anspruchsvolle Testfälle für CFD- und CHT-Simulationen. Im Rahmen des Projekts sollen diese Validierungsfälle zur Nutzung durch FVV-Mitglieder bereitgestellt werden. Außerdem sollen Empfehlungen für die Modellierung der komplexen Strömungen gegeben.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Aachen ? Kalibrierung ? Erneuerbare Stromerzeugung ? Gasturbine ? Berechnungsverfahren ? Modellierung ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Geldgeber*in)
• FVV e.V. (Mitwirkende)
• RWTH Aachen University, Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2023-08-01 - 2026-04-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Open Test Case for the Calibration of Simulation Procedures for Convectively Cooled Blades of Hydrogen and Natural Gas Turbines
  Description: In the future, hydrogen gas turbines will play an important role in power generation, since their flexibility makes them ideal for compensating for fluctuations in renewable energies and they can be operated in a climate-neutral manner. Prerequisites for the development and design of modern gas turbines are the reliability and accuracy of numerical calculation methods. The prediction of flow and heat transfer at cooled turbine blades is a special challenge due to the high complexity. For this reason, high-resolution experimental data sets of real machines are essential for the validation and further development of numerical methods and models. For this purpose, at the Institute of Jet Propulsion and Turbomachinery (IST) of RWTH Aachen University, the flow and heat transfer of industrial gas turbine blades are investigated on two test rigs, 'hot gas channel' (HGK) and 'cold air channel' (KLK). In the HGK, material temperatures of gas turbine blades are investigated under realistic temperature conditions (hot gas up to 1000°C and cooling air up to 300°C). These data are excellent for validating heat transfer models in numerical flow solvers. The data are complemented by the KLK, which is used to study the complex internal flow of the cooling air system. Scaling the geometry by a factor of 5 allows a more detailed measurement of the internal flow as well as the determination of heat transfer coefficients. The experimental data from the test rigs available at IST define two challenging test cases for CFD and CHT simulations. The project will make these validation cases available for use by FVV members. Recommendations for modeling the complex flows will also be provided. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1128033

Status

Aktiv

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