Wandwärmeübergang in Flugtriebwerkslagerkammern
Experimentelle Bestimmung und Herleitung eines Berechnungsansatzes
Wolfram Kurz-Hardjosoekatmo
Lagerkammern fangen das Schmieröl auf, nachdem es durch die Wälzlager im Inneren eines Flugtriebwerks geströmt ist. Durch die zur Abdichtung gegen Ölaustritt erforderliche Sperrluft bildet sich in den Lagerkammern eine Zweikomponenten-Zweiphasenströmung mit freien Oberflächen zwischen Öl und Luft aus.
Viele Aspekte der Zweiphasenströmung in Lagerkammern und des damit einhergehenden Wärmeübergangs sind noch nicht verstanden, was zu hohen Unsicherheiten bei der Auslegung und als Konsequenz zu einer Überdimensionierung des Ölsystems führt.
Hier setzt die vorliegende Arbeit an. Basierend auf Experimenten, die mit einem generischen aber in Bezug auf Dimensionen und Betriebsbedingungen für Flugtriebwerke repräsentativen Lagerkammerprüfstand am Institut für Thermische Strömungsmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie durchgeführt wurden, wurde zunächst die Zweiphasenströmung in einer Lagerkammer anhand von Messungen der Ölfilmdicke an den Kammerwänden charakterisiert. In einem zweiten Schritt wurden die Wärmeübergänge zwischen Schmieröl und Lagerkammerwand experimentell bestimmt und ein Berechnungsansatz dafür abgeleitet. Der Ansatz erlaubt eine Vorhersage des mittleren Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Schmieröl und Lagerkammerwand. Darüber hinaus lässt sich bewerten, wie effizient das Schmieröl für die Kühlung der Lagerkammer eingesetzt wird.
