Stationäre und instationäre Transitionsmodellierung

In thermischen Turbomaschinen und vor allem in Flugtriebwerken beeinflußt der laminar-turbulente Grenzschichtumschlag die Entwicklung der Grenzschicht, Strömungsablösung, Verluste, Wirkungsgrad und Wärmeübergang. Deshalb ist die genaue Berechnung des Transitionsvorganges in Turbomaschinen wesentlich für die Auslegung effizienter und zuverlässiger Maschinen. Aber es ist sehr schwierig, den Umschlag der Grenzschicht mit einem weithin gültigen Model zu berechnen. Daher wurden in den letzten Jahren zahlreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die physikalischen Vorgänge beim Umschlag besser zu verstehen und um empirische Korrelationen für die Verwendung Strömungscodes zu finden. Kürzlich wurden Transitionsmodelle auf der Basis von Eingleichungs- Transportmodellen vorgestellt, die einige Vorteile gegenüber den herkömmlichen algebraischen Modellen zeigen. Erste Berechnungen der Aerodynamik-Arbeitgsgruppe am Institut zeigten sehr vielversprechende Ergebnisse für diese Modelle, so dass weitere Forschung in ihre Anwendbarkeit für instationäre und stationäre Transitionsvorgänge als auch für Transition in abgelöster Strömung sinnvoll erscheint. Fortschritte auf diesem Gebiet und die Erweiterung des Gültigkeitsbereiches sind die Hauptziele dieses Projektvorschlages. Um dieses Ziel zu erreichen sollen zuerst ausführliche numerische Studien durchgeführt werden, um Stärken und Schwächen verschiedener Modellansätze zu analysieren. Basierend auf diesen Ergebnissen soll der Eingleichungs- Ansatz, der am Institut verwendet wird, modifiziert und erweitert werden. Dies soll in enger Zusammenarbeit mit internationalen Forschungsgruppen als auch mit der experimentellen Arbeitsgruppe des Institutes erfolgen. Das so erhaltene Modell soll stationäre als auch instationäre Transition für anliegende als auch abgelöste Strömungen für einen weiten Anwendungsbereich beschreiben. Es kann dann leicht in existierende Strömungs-Codes eingebaut werden, sodaß es ein sehr hilfreiches Werkzeug für den Konstrukteur bei der Auslegung zukünftiger hochwirksamer Turbomaschinen werden kann.

In thermischen Turbomaschinen und vor allem in Flugtriebwerken beeinflußt der laminar-turbulente Grenzschichtumschlag die Entwicklung der Grenzschicht, Strömungsablösung, Verluste, Wirkungsgrad und Wärmeübergang. Deshalb ist die genaue Berechnung des Transitionsvorganges in Turbomaschinen wesentlich für die Auslegung effizienter und zuverlässiger Maschinen. Aber es ist sehr schwierig, den Umschlag der Grenzschicht mit einem weithin gültigen Model zu berechnen. Daher wurden in den letzten Jahren zahlreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die physikalischen Vorgänge beim Umschlag besser zu verstehen und um empirische Korrelationen für die Verwendung Strömungscodes zu finden. Kürzlich wurden Transitionsmodelle auf der Basis von Eingleichungs- Transportmodellen vorgestellt, die einige Vorteile gegenüber den herkömmlichen algebraischen Modellen zeigen. Erste Berechnungen der Aerodynamik-Arbeitgsgruppe am Institut zeigten sehr vielversprechende Ergebnisse für diese Modelle, so dass weitere Forschung in ihre Anwendbarkeit für instationäre und stationäre Transitionsvorgänge als auch für Transition in abgelöster Strömung sinnvoll erscheint. Fortschritte auf diesem Gebiet und die Erweiterung des Gültigkeitsbereiches sind die Hauptziele dieses Projektvorschlages. Um dieses Ziel zu erreichen sollen zuerst ausführliche numerische Studien durchgeführt werden, um Stärken und Schwächen verschiedener Modellansätze zu analysieren. Basierend auf diesen Ergebnissen soll der Eingleichungs- Ansatz, der am Institut verwendet wird, modifiziert und erweitert werden. Dies soll in enger Zusammenarbeit mit internationalen Forschungsgruppen als auch mit der experimentellen Arbeitsgruppe des Institutes erfolgen. Das so erhaltene Modell soll stationäre als auch instationäre Transition für anliegende als auch abgelöste Strömungen für einen weiten Anwendungsbereich beschreiben. Es kann dann leicht in existierende Strömungs-Codes eingebaut werden, sodaß es ein sehr hilfreiches Werkzeug für den Konstrukteur bei der Auslegung zukünftiger hochwirksamer Turbomaschinen werden kann.