Filmkühlung transsonischer Turbinen: infrarotthermographisches Messverfahren zur Charakterisierung des Wärmeübergangs:
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Berlin
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2011
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INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLVERZEICHNIS III
1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1
2 FILMKUEHLUNG TRANSSONISCH UMSTROEMTER TURBINENSCHAUFELN 5
2.1 GRUNDLAGEN DER FILMKUEHLUNG 7
2.1.1 BESCHREIBUNG DES THERMISCHEN VERHALTENS 7
2.1.2 BESCHREIBUNG DES DURCHFLUSSVERHALTENS 11
2.1.3 AEHNLICHKEITSKENNZAHLEN DER FILMKUEHLUNG 12
2.2 GRUNDLEGENDE PHAENOMENE IN UEBERSCHALLSTROEMUNGEN 15
2.2.1 EXPANSIONSWELLEN 16
2.2.2 DER SENKRECHTE VERDICHTUNGSSTOSS 17
2.2.3 DER SCHRAEGE VERDICHTUNGSSTOSS 17
2.2.4 KUEHLFILMAUSBLASUNG IN UEBERSCHALLSTROEMUNGEN 20
2.3 AERODYNAMIK UND WAERMEUEBERGANG IN TRANSSONISCH DURCHSTROEMTEN
TURBINENSTUFEN 21
3 EXPERIMENTELLER AUFBAU UND AERODYNAMISCHE AUSLEGUNG 30
3.1 HOCHDRUCK-HOCHTEMPERATURANLAGE (HDT) 30
3.2 MESSSTRECKE 30
3.3 VERSUCHSTRAEGER UND AUSBLASEGEOMETRIEN 37
3.3.1 NAHE ADIABATE MESSPLATTE 38
3.3.2 DIABATER MESSPLATTENVERBUND 39
3.4 MESSWERTERFASSUNG UND MESSSYSTEME 41
3.4.1 MESSWEITERFASSUNG 41
3.4.2 INFRAROTTHERMOGRAPHIE 41
3.4.3 BACKGROUND-ORIENTED-SCHLIEREN-VERFAHREN 42
3.4.4 LASER-DOPPLER-ANEMOMETRIE 44
3.5 BESTIMMUNG DER DURCHFLUSSKOEFFIZIENTEN 47
3.6 BESTIMMUNG DER FILMKUEHLGROESSEN 48
3.6.1 BESTIMMUNG DER WAERMESTROEME 49
3.6.2 ANWENDUNG DES SUPERPOSITIONSPRINZIPS ZUR BESTIMMUNG DES WAERME-
UEBERGANGSKOEFFIZIENTEN 51
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DIGITALISIERT DURCH
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INHALT
3.6.3 ANWENDUNG DES SUPERPOSITIONSPRINZIPS ZUR BESTIMMUNG DER ADIABATEN
FILMKUEHLEFFEKTIVITAET 54
3.6.4 RECHNERGESTUETZTE AUSWERTUNG 55
3.7 VERSUCHSPROGRAMM UND EXPERIMENTELLE RANDBEDINGUNGEN 56
4 ENTWICKLUNG EINES INFRAROTTHERMOGRAPHISCHEN MESSVERFAHRENS 57
4.1 GRUNDLAGEN DER THERMOGRAPHIE 58
4.2 ERFASSUNG VON SZENERIEN HOHER STRAHLUNGSDYNAMIK 59
4.2.1 RADIOMETRISCHE SELBSTKALIBRIERUNG 60
4.2.2 ELIMINIERUNG VON DETEKTOMNGLEICHFOERMIGKEITEN 63
4.2.3 VALIDIERUNGSMESSUNGEN 65
4.2.4 ERSTELLEN EINER HOCHDYNAMISCHEN INFRAROTAUFNAHME 75
4.3 TEMPERATURKALIBRIERUNG 78
4.3.1 MODELLIERUNG DER STRAHLUNGSSITUATION 78
4.3.2 KALIBRIERVERFAHREN 79
4.3.3 REDUKTION FREIER KALIBRIERPARAMETER 82
4.3.4 OPTIMIERUNG DES OPTISCHEN AUFBAUS 88
4.3.5 VALIDIERUNGSMESSUNGEN 97
4.3.6 FEHLERABSCHAETZUNG 101
5 VERSUCHSERGEBNISSE UND DISKUSSION 104
5.1 VERGLEICH MIT LITERATURDATEN 104
5.2 CHARAKTERISIERUNG DER SUPERSONISCHEN FREISTROEMUNG 107
5.3 CHARAKTERISIERUNG DER STOSS-GRENZSCHICHT-INTERAKTION 110
5.4 FILMKUEHLUNG BEI AUSBLASUNG AN POSITION 1 111
5.5 FILMKUEHLUNG BEI AUSBLASUNG AN POSITION 2 118
5.6 KORRELATION DES DURCHFLUSSVERHALTENS BEI AUSBLASUNG IN EINE
UEBERSCHALLSTROEMUNG 125
5.6.1 VARIATION DER FREISTROM-MACHZAHL 125
5.6.2 KORRELATIONSENTWICKLUNG 128
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 133
LITERATUR 137
ANHANG 147
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