Numerical investigation on a super aggressive inter-turbine diffuser

The demand of further increased bypass ratios for turbofan engines will lead to low pressure turbines with larger diameter and lower rotational speed. Due to that, it is necessary to guide the flow leaving the high pressure turbine to the low pressure turbine at a larger diameter without any severe loss generating separation or flow disturbances. To reduce costs and weight this turbine duct has to be as short as possible. This results in superaggressive (very high di ffusion) S-shaped geometries where the boundary layers are not able to withstand the strong adverse pressure gradient, resulting in flow separation. This work describes the flow through a fully separated duct as a baseline con guration. In a next step the influence of an upstream rotating spoke-wheel and of passive flow control devices onto this separation is investigated. Furthermore, their interaction is investigated in order to understand whether it is able to provide even higher performances. Results show that both the spoke-wheel wakes and the VGs induce a reduction of the flow separation area. The analysis of the pressure recovery along the channel shows also increased performance when the two e ffects coexist.

La crescente richiesta di motori aeronautici ad alto rapporto di diluzione porta al disegno di stadi di bassa pressione a maggiori dimensioni, rotanti a velocità inferiori. Diventa perciò necessario guidare il flusso in uscita dallo stadio di alta pressione a quello di bassa senza introdurre gravi perdite e cali di prestazioni dovuti alla separazione del flusso. Affinchè peso e costi del motore siano ridotti al minimo, il di ffusore di connessione deve essere il più corto possibile. Il rispetto di queste restrizioni porta al disegno di condotti superaggressivi a `S', in cui gli strati limite alle pareti non sono in grado di sopportare i forti gradienti di pressione avversi indotti dall'elevato rapporto di diffusione. Questo lavoro descrive il caso base di flusso completamente separato all'interno del canale. In una seconda analisi viene studiata l'influenza di un generatore di scie e di vortici per il controllo della separazione sulla parete esterna del condotto. In conclusione viene valutato se l'interazione delle scie e dei vortici è in grado di produrre un ulteriore incremento di prestazioni. I risultati mostrano come sia le scie che i vortici introdotti dai dispositivi siano in grado di ridurre l'area di separazione. L'analisi del recupero di pressione lungo il condotto, in fine, suggerisce un ulteriore incremento di effcienza indotto dalla loro interazione.