Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Experimentelle Untersuchung von Prall- und Filmkühlungsströmungen mittels Magnetresonanztomographie (MRT) zur Validierung numerischer Methoden

Der Fokus in diesem Vorhaben liegt dabei auf den Strömungsphänomenen in prall- und filmgekühlten Komponenten. Beide Kühltechnologien basieren auf einer aus Bohrungen austretenden Strömung, die entweder auf eine Oberfläche auftrifft oder diese mit einem Film bedeckt. Die Strömungsvorgänge in Prall- und Filmkühlungen gelten als eine besonders große Herausforderung für die industriell eingesetzten Simulationsmethoden (CFD – Computational Fluid Dynamics) Das Vorhaben verfolgt zwei Ziele. Zur Validierung der bei KMUs eingesetzten CFD-Methoden wird eine breite und konsistente Datenbasis generiert, die sich an den Betriebszuständen der Prall- und Filmkühlung in Gasturbinen orientiert. Außerdem wird die in diesen CFD-Methoden verwendete Modellannahme der Wirbelviskositäts- bzw. Gradientendiffusionshypothese im gesamten Strömungsgebiet überprüft. Über eine zielgerichtete Messung der modellierten Vorgänge werden Aussagen getroffen, inwieweit die Modellannahme von der Messung abweicht und mit welchen Genauigkeiten bei der CFD-Vorhersage zu rechnen ist. Als Strömungsmesstechnik kommt die Magnetresonanztomographie (MRT) zum Einsatz. Die MRT ermöglicht schnelle und kostengünstige 3D Strömungsmessungen in Modellsystemen und eignet sich ideal zur Validierung und Kalibrierung von CFD-Methoden unter verschiedensten Strömungssituationen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen tragen unmittelbar zu einer besseren Vorhersagegenauigkeit industriell angewandter CFD-Methoden bei und ermöglichen technologische Fortschritte. Insbesondere die beteiligten KMU profitieren von der neuen Methode. KMU, die sich auf CFD-Methoden konzentrieren, haben gewöhnlich nicht die Kapazitäten um experimentelle Untersuchungen selber durchzuführen und sind daher auf Daten Dritter angewiesen. Im Gegensatz zur Großindustrie können sie jedoch dynamischer auf die neuen Methoden aus der Forschung reagieren und die bereitgestellten Ergebnisse schneller umsetzen.