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39,80 €ISBN 978-3-8440-3595-7Paperback88 Seiten62 Abbildungen132 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
Mai 2015
Patrick Daßler
Modellierung der Grenzschichttransition auf rauen Oberflächen in Turbinen
In dieser Arbeit wird eine Methode zur Vorhersage der Grenzschichttransition auf rauen Oberflächen vorgestellt. Das Modell basiert auf der Arbeit von Menter und Langtry [83], in der zwei Transportgleichungen für die Intermittenz g und die mit der Impulsverlustdicke q gebildete Reynoldszahl Reqt zur Transitionsvorhersage auf glatten Wänden vorgestellt werden.
Die vorliegenden Ergebnisse werden mit einer zusätzlichen dritten Transportgleichung für eine Variable namens Ar erzielt. Die Werte für Ar werden an der Wand in Abhängigkeit der angelegten Sandrauheit gesetzt und anschließend wird die Variable mittels der zusätzlichen Transportgleichung und ihrer diffusiven und dissipativen Terme durch das Strömungsfeld transportiert. Dieser Ansatz gibt den physikalischen Effekt wieder, dass Rauheiten auf umströmten Oberflächen zusätzliche Störungen in der laminaren Grenzschicht implizieren, wodurch die Transition weiter stromaufwärts stattfindet als bei glatter Oberfläche.
Mit Hilfe dieses Ansatzes können für diverse Testfälle die Transitionslagen vorhergesagt werden. Die Testfälle sind in der Reihenfolge steigender Komplexität: Eine ebene Platte mit unterschiedlichen, linearen Druckgradienten, eine ebene Platte mit zweiskaliger Rauheit, zwei unterschiedliche Turbinenkaskaden (T106C und T161) und die Turbinenkaskade T106C mit stromaufbefindlichen Nachlaufgeneratoren. Alle Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmungen mit Experimenten oder geben das zu erwartende Verhalten hinreichend gut wieder.
Die vorliegenden Ergebnisse werden mit einer zusätzlichen dritten Transportgleichung für eine Variable namens Ar erzielt. Die Werte für Ar werden an der Wand in Abhängigkeit der angelegten Sandrauheit gesetzt und anschließend wird die Variable mittels der zusätzlichen Transportgleichung und ihrer diffusiven und dissipativen Terme durch das Strömungsfeld transportiert. Dieser Ansatz gibt den physikalischen Effekt wieder, dass Rauheiten auf umströmten Oberflächen zusätzliche Störungen in der laminaren Grenzschicht implizieren, wodurch die Transition weiter stromaufwärts stattfindet als bei glatter Oberfläche.
Mit Hilfe dieses Ansatzes können für diverse Testfälle die Transitionslagen vorhergesagt werden. Die Testfälle sind in der Reihenfolge steigender Komplexität: Eine ebene Platte mit unterschiedlichen, linearen Druckgradienten, eine ebene Platte mit zweiskaliger Rauheit, zwei unterschiedliche Turbinenkaskaden (T106C und T161) und die Turbinenkaskade T106C mit stromaufbefindlichen Nachlaufgeneratoren. Alle Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmungen mit Experimenten oder geben das zu erwartende Verhalten hinreichend gut wieder.
Schlagwörter: CFD; Turbinen; Grenzschichttransition
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52353 Düren
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