Numerische Strömungs- und Wärmeübergangssimulation in einem konischen Spalt mit rotierender Innenwand und axialer Durchströmung

Diese Arbeit behandelt die Erstellung, die Validierung und den Einsatz eines numerischen Modells zur Berechnung des konjugierten Warmeubergangs in einem axial durchstromten Konusspalt mit rotierender Innenwand. Diese Stromungsart verhalt sich ahnlich einer Taylor-Couette-Poiseuille-Stromung in Zylinderspalten. Ein Kuhlkonzept fur den Rotor sieht die Eindusung von Luft durch in Umfangsrichtung angestellte Bohrungen in der Ausenwand des Konusspalts vor. Das Hauptziel ist die Charakterisierung des Effekts des Vordralls der eingedusten Kuhlluft auf die lokale und globale Warmeubertragung im Konusspalt. Die Validierung des Modells erfolgt anhand einer Nachrechnung eines experimentellen Referenzfalls aus der Literatur. An dem Validierungsfall wird gezeigt, dass die Aerodynamik und der Warmeubergang in einer Taylor-Couette-Poiseuille-Stromung unter Verwendung einer RANS-Simulation in guter Naherung approximiert werden konnen. Im Rahmen einer Parameterstudie werden fur den konischen Spalt zwei Variationen des Vordralls untersucht. Dabei wird bei sinkendem Vordrall neben einem erhohten Warmeubergang auch ein Anstieg der Fluidtemperatur beobachtet. Dies ist auf eine starkere Reibungsaufheizung innerhalb des Fluids aufgrund hoherer Relativgeschwindigkeiten zwischen eingeduster und bereits im System mitrotierender Luft zuruckzufuhren.