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Numerische Untersuchung der Interaktion von kohärenten Ausblasungswirbeln, Grenzschichttransition und Turbulenz

Dr. Ing. Florian Herbst

Leibniz Universität Hannover
Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik
Appelstraße 9
30167 Hannover

Tel.: +49 - (0)511 762 17861
E-Mail: 

Kurzbeschreibung

Um die CO2-Emissionen und die Kosten moderner Flugtriebwerke weiter zu senken, kann die aerodynamische Belastung der Niederdruckturbine des Treibwerks durch eine Reduktion der Schaufeln erhöht werden. Die dann in Flughöhe infolge der laminaren Ablösung der Strömungsgrenzschicht am Schaufelprofil auftretenden hohen Verluste können wiederum durch Ausblasungen von Luft aus der Schaufel in die Grenzschicht reduziert werden. Die Auslegung dieser Ausblasungen erfordert allerdings ein möglichst breites Verständnis der für die Effektivität relevanten komplexen strömungsphysikalischen Effekte. Wie Vorarbeiten gezeigt haben, kommt hierbei dem durch die Ausblasung induzierten Umschlag der Grenzschicht von einem stabilen laminaren in einen chaotischen turbulenten Zustand eine zentrale Rolle zu. Dieser sogenannte Transitionsprozess ist unter anderem abhängig von sich bildenden charakteristischen kohärenten Ausblasungswirbeln und dem Zustand der Zuströmung zum Schaufelprofil. Ein bisher nicht verstandener Effekt ist in diesem Zusammenhang die Interaktion der Turbulenz der Zuströmung mit den Ausblasungswirbeln und  der Transition der Grenzschicht. Im Rahmen dieses Vorhabens wird dieser physikalische Effekt anhand generischer Testfälle und Parametervariationen mittels Large Eddy Simulationen (LES) untersucht und quantifiziert. Neben dem Ziel die strömungsphysikalischen Effekte zu verstehen, wird die Eignung von Feinstrukturmodellen  der LES untersucht, die Effekte abzubilden. Das so entwickelte methodische Vorgehen erlaubt in zukünftigen Projekten einerseits eine Erweiterung des untersuchten Parameterraums und andererseits eine Anwendung der LES auf strömungsmechanisch verwandte Phänomene.

Laufzeit

12 Monate