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Autor: Unger, Ditmar
Titel:Numerische Simulation des laminar-turbulenten Grenzschichtumschlags unter Turbomaschinenbedingungen
Dissertation:TU Darmstadt, Fachbereich Maschinenbau, 1999

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Abstract auf Deutsch:


Der Widerstand, den das Profil einer Turbomaschine in der Strömung erfährt, wird entscheidend davon geprägt, ob die Strömung laminar, transitional oder turbulent ist. In modernen Auslegungen wird eine laminare Strömung in Vorderkantennähe eines Schaufelprofils angestrebt, da dort infolge des geringeren Impulsaustausches die Reibung deutlich geringer ist als in einer turbulenten Strömung. Gleichzeitig neigt die laminare Grenzschicht in Gebieten mit einem positiven Druckgradienten aber viel eher zur Ablösung, so daß hier zur Vermeidung großer Verluste die Transition von der laminaren in die turbulente Strömung einsetzen muß. Die vorliegende Arbeit stellt sich die Aufgabe der Berechnung von Transitionsarten wie sie für Turbomaschinen typisch sind. Dies sind die "Bypass-Transition", der "Umschlag in einer abgelösten Scherschicht" sowie die "nachlaufinduzierte Transition". Die Simulation erfolgt unter Verwendung zweier Programme zur numerischen Strömungsberechnung unter Verwendung verschiedener, erweiterter Zweigleichungsturbulenzmodelle. Dabei wird die Eignung dieser für die Behandlung wandnaher Effekte erweiterten Turbulenzmodelle untersucht, aus sich heraus den Einsatzort und die Länge der Transition vorherzusagen. Die Transition wird von einer Vielzahl von Parametern beeinflußt. Diese Parameter - die Reynoldszahl, der Turbulenzgrad, der Druckverlauf, der Vorderkanteneinfluß sowie stationäre Nachläufe - werden in ausgewählten Testfällen variiert und die Ergebnisse der numerischen Simulationen vergleichend Windkanalmessungen gegenübergestellt. Es können folgende Schlußfolgerungen gezogen werden: Bei Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse lassen sich mit den behandelten Turbulenzmodellen in allgemeinen Navier-Stokes Verfahren der numerischen Strömungsmechanik unter Verzicht auf empirische Kriterien deutliche Verbesserungen in der Auslegung von Profilen für Turbomaschinen erreichen.


Abstract auf Englisch:

This work treats the numerical computation of different types of transition important in turbomachinery flows. These are the "bypass-transition", the "transition in a separated shear layer" and the " wake-induced transition". Two programs offering different extended two-equation turbulence models are used and their ability to predict onset and length of the transition is investigated.

The transition ois influenced by many parameters. Those parameters - the Reynolds number, the turbulence intensity, the pressure gradient, the influence of the leading edge as well as the influence of stationary wakes - are variied in different test cases and the results of the numerical computation are compared to experiments.

The following conclusions can be drawn:

Considering the conclusions of this work the design of turbomachionery profiles can be improved when using the turbulence models presented in universal Navier-Stokes programs
without relying on empirical criteria for transition calculations.


Dokument aufgenommen :2000-03-10
URL:http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000016