Die Bedeutung von numerischen Strömungssimulationsprogrammen hat mir der zunehmenden Verfügbarkeit entsprechender Rechenkapazitäten sowohl in Forschung als auch in Industrie stark zugenommen. Derartige Programme werden früh in der Entwicklungsphase von Turbomaschinen eingesetzt, um sowohl reine strömungsmechanische als auch aeroelastische Phänomene wie das Schaufelflattern in kritischen Betriebszuständen vorhersagen zu können. Voraussetzung für die korrekte Vorhersage ist die Verfügbarkeit verlässlicher, effizienter Programme. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Weiterentwicklung eines Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Verfahrens zur Strömungsberechnung in Turbomaschinen. Ziel der Entwicklung ist die Berechnung der dreidimensionalen, transsonischen, stationären sowie instationären Strömung in einem ebenen Verdichtergitters bei stehender bzw. schwingender Beschaufelung. Zur effizienten Nutzung der Verfahrens sind wohl serielle als auch parallele Beschleunigungstechniken eingesetzt worden, wodurch die Berechnungsdauer erheblich verkürzt werden konnte. Zur Verbesserung der Vorhersagegüte viskoser Effekte wurden eine Reihe von Low-Reynolds-Number Turbulenzmodellen, von empirischen, algebraischen Trasitionsmodellen sowie von Ansätzen zur Behebung der Staupunktanomalie linearer Wirbelviskositätsmodelle im Verfahren implementiert. Die Validierung und Bewertung der Modelle erfolgt anhand der ebenen Plattenströmungen der ERCOFTAG Testfälle T3A, T3B, T3C und T3L. Die Staupunktanomalie der Turbolenzmodelle lässt sich mit Hilfe der Realisierbarkeitsbedingungen überwinden. Die Vorhersagegenauigkeit bezüglich des laminar-turbulenten Umschlags lässt sich unter Verwendung zusätzlicher Transitionsmodelle sowohl für Bypass-Transition als auch für Transition über eine laminare Ablöseblase gegenüber vollständig turbulenten Rechnungen deutlich verbessern. Für das untersuchte transsonische Verdichtergitter lässt sich die Vorhersage der Grenzschichtentwicklung und somit der Druckverteilung sowie der Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung durch die Verwendung von Transitionsmodellen gegenüber vollständig turbulenten Rechnungen ebenfalls erheblich verbessern. Der laminar-turbulente Umschlag auf Druck- und Saugseite, die saugseitige laminare Ablöseblase und das daraus resultierende Druckplateau sowie das Stoßsystem werden in den transitionalen Rechnungen korrekt erfasst, nicht aber in den vollständigen turbulenten Rechnungen. Im instationären Fall zeigt sich für das transsonische Verdichergitter, dass das Stabilitätsverhalten der schwingenden Schaufel nicht nur vom sauseitigen Stoßimpuls sondern auch stark von den Druckschwankungen im saug. und druckseitigen Vorderkantenbereich bestimmt wird. Mit Ausnahme des Betriebspunktes mit hoher Anstöminzidenz, wird in allen Rechnungen für sämtliche Betriebspunkte in Übereinstimmung mit den Messungen ein mehr oder minder starker, dämpfender wirkender, saugseitiger Stoßimpuls berechnet sowie ein starkes Ansteigen des ebenfalls dämpfend wirkenden instationären Profildruckbeiwertes in Richtung Schaufelvorderkante. Für den äußerst komplexen Fall mit hoher Anströminzidenz zeit sich hingegen, dass mit transitionalen und vollständig turbulenten Rechnungen ein gegensätzliches Dämpfungsverhalten vorhergesagt wird. Während die vollständig turbulenten Rechnungen eine Dämpfung der Schaufelschwingung berechnen, sagen die transitionalen Rechnungen in Übereinstimmung mit den Messungen eine Schwingungsanrechnung, also Schaufelflattern voraus.     «

Die Bedeutung von numerischen Strömungssimulationsprogrammen hat mir der zunehmenden Verfügbarkeit entsprechender Rechenkapazitäten sowohl in Forschung als auch in Industrie stark zugenommen. Derartige Programme werden früh in der Entwicklungsphase von Turbomaschinen eingesetzt, um sowohl reine strömungsmechanische als auch aeroelastische Phänomene wie das Schaufelflattern in kritischen Betriebszuständen vorhersagen zu können. Voraussetzung für die korrekte Vorhersage ist die Verfügbarkeit verlä...    »