M. Teich, M. Lawerenz

In dieser Arbeit stellen die Autoren stationäreRANS und umfangreiche instationäreURANS-, DES- und DDES-Rechnungen einer hochbelasteten Verdichter-Stator Kaskade vor, die Bestandteil eines Ringgitterwindkanals (RGWK) ist und für die das Phänomen der Rotierenden Instabilität (RI) experimentell nachgewiesen wurde. Das Ziel dieser Arbeit ist die Identifikation einer Kombination aus Turbulenzmodellierungsmethode (URANS, DES, DDES), Rechengitter und Zeitschritt, welche geeignet ist das Phänomen der RI numerisch abzubilden. Nach aktuellem Kenntnisstand steht die RI in Zusammenhang mit subtilen Scherschichtinstabilitäten und daraus entstehendenWirbelsystemen, welche in Umfangsrichtung transportiert werden. Um zu prüfen, ob eine Simulation in der Lage ist solche Effekte abzubilden,wird das Kolmogorov-Energiespektrum herangezogen. Dabei handelt es sich um ein analytisches Modell, welches den Energietransfer von turbulenten Strukturen beschreibt und bestimmte Charakteristiken besitzt. Zunächst wird untersucht inwieweit die verwendeten Rechengitter das Modellspektrum, einzig bedingt durch die räumliche Diskretisierung, theoretisch abbilden können. Basierend auf anschließenden instationären Rechnungen werden im RI-relevanten Bereich (Schaufelvorderkante) Energiespektren berechnet und mit dem analytischen Modell verglichen. Für die Berechnung der Energiespektren werden innerhalb der Simulationen Autoleistungsspektren der Geschwindigkeitsfluktuationen an mehreren Positionen in alle drei Raumrichtungen bestimmt. Dabei ist insbesondere die Wiedergabe einer -5/3-Geraden, welche dem Zerfallsprozess von Wirbeln entspricht sowie eine einzuhaltende Cut-Off Frequenz von Bedeutung und wird als Beurteilungskriterium herangezogen. Erste Ergebnisse zeigen deutlich den Unterschied zwischen den Methoden RANS und DES bzw. DDES. Ebenfalls ist der Einfluss der Zeitschrittweite anhand des Spektrums eindeutig festzustellen.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, Braunschweig

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2016

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 11 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201611183262

Detached-Eddy-Simulation, Verdichterinstabilitäten

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18.11.2016