Riblets für Verdichterschaufeln - Modellierung des Verlustverhaltens anisotroper Oberflächenstrukturen in Turbomaschinenströmungen
Hydraulic and Turbo Engines and Piston Engines
Final Report Abstract
Im Rahmen des Transferprojekts wurde auf Basis des k-ω-Turbulenzmodells ein Turbulenzmodell zur Berücksichtigung von Riblet-Oberflächen entwickelt und in den 3-D Strömungslöser TRACE implementiert. Der Modellierungsansatz basiert auf einer wandnahen Dämpfung des Destruktionsterms der spezifischen Dissipation ω, was eine Reduktion der turbulenten kinetischen Energie in Wandnähe zur Folge hat und dadurch den Riblet-Effekt abbildet. Das Riblet-Modell berücksichtigt eine vektorielle Fehlanströmung von Riblets relativ zur Freiströmung und den Effekt einer Verzögerung von Grenzschichten aufgrund eines positiven Druckgradienten. Die Datenbasis bilden sowohl aus der Literatur bekannte Untersuchungen als auch im Rahmen des DFG geförderten Forschungsvorhabens "Riblets für Verdichterschaufeln" durchgeführte experimentelle Untersuchungen. Die dabei untersuchten Riblet-Strukturen sind mit aktuellen Fertigungsverfahren entstanden, so dass die abgeleiteten aerodynamischen Daten den Effekt aktueller Fertigungsverfahren abbilden. Dies ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt der industriellen Einsetzbarkeit des Riblet-Modells und der Implementierung in TRACE von Bedeutung, um reale Riblet-Strukturen im Auslegungsprozess von Komponenten zu berücksichtigen. Darüber hinaus wurden Verfahren zur Segmentierung von Riblet Oberflächen und Überführung der Segmente in die Simulationssoftware entwickelt. Als Partner konnten das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLT) und ein Industriepartner gewonnen werden, der den eigens entwickelten Präprozessor GMC für die Anwendung des hier erarbeiteten Riblet Modells anpasste. Das DLR stellte die für die Bearbeitung des Projekts notwendigen Quellcode des Strömungslösers TRACE zur Verfügung.
Publications
- (2016): Correlation based Riblet Model for Turbomachinery Applications, Proc. of ASME Turbo Expo 2016, Seoul, South Korea, GT2016-56293
Köpplin, V., Herbst, F., Seume J. R.
(See online at https://dx.doi.org/10.1115/1.4035605)
