Numerische Untersuchung der instationären Strömung um generische schlanke Deltaflügel
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projektes ist die numerische Untersuchung der instationären Strömung um generische schlanke Deltaflügel. Die relativ hohe Reynoldszahl des Testfalles erlaubt auf absehbare Zeit keine räumlich und zeitlich vollständig aufgelöste Berechnung der Strömung mittels einer Direkten Numerischen Simulation (DNS). Eine Lösung der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (Reynolds-Averaged Navier- Stokes Equations - RANS) mittels derzeit bekannter Turbulenzmodelle liefert für solche Strömungskonfigurationen auch nach heutigem Kenntnisstand keine zufriedenstellende Übereinstimmung mit gut etablierten experimentellen Daten. Hybride Simulationsansätze, die RANS in Grenzschicht-dominierten Bereich mit einer Grobstruktursimulation (Large-Eddy Simulation, LES) im Außenbereich koppeln, ob zonal oder nicht-zonal (DES), sind auch nach neustem Literaturstand nicht zu einer quantitativen Vorhersage der wesentlichen Strömungsphänomene in der Lage. Wesentlich genauere und damit zuverlässigere Ergebnisse sind von einer Grobstruktursimulation zu erwarten. Ziel dieses Projekts ist, verschiedene Maßnahmen zur Effizienzsteigerung von LES zu entwickeln und einzusetzen und LES als Werkzeug in dem experimentell relevanten Parameterbereich für die Simulation der Strömung um die Gesamtkonfiguration und für Parameteruntersuchungen zugänglich zu machen. Diese Maßnahmen sind: 1. Einsatz impliziter Feinstrukturmodelle für LES (ILES): Für ILES wurde von uns in dem vorliegenden Projekt insbesondere gezeigt, dass das Adaptive Lokale Deconvolutions Modell (ALDM) sehr gute Ergebnisse für Grenzschichtströmungen mit Ablösung, wie z.B. die Zylinderumströmung, zeigt. 2. Conservative Immersed-Interface Methode (CIIM): Weiterhin wurde in diesem Projekt gezeigt, dass Simulationen auf kartesischen Gittern unter Venwendung einer von uns entwickelten CUM zur Wanddarstellung nicht nur signifikant schneller sind als Rechnungen auf strukturangepassten Gittern mit konventioneller Wandrandbedingung, sondern selbst in anspruchsvollen Fällen die Wandturbulenz genau und zuverlässig darstellen. 3. Wandmodelle: Bei hohen Reynoldszahlen ist es oft nicht sinnvoll, Grenzschichten vollständig aufzulösen. Innerhalb dieser Arbeit wurde eine Wandmodellierung nach Wang und Moin für CIIM weiterentwickelt, implementiert und validiert. Ergebnisse für anliegende Strömungen (z.B. Kanalströmung) und abgelöste Strömungen (z.B. Hügelumströmung) lassen eine hinreichende Genauigkeit fürdie Simulation der Deltaflügelumströmung erwarten. 4. Adaptive Gitterverfeinerung: Eine physikalisch-motivierte adaptive Gitterverfeinerung wird entwickelt, um eine ausreichende Auflösung in Bereichen mit nichtturbulenten kleinskallgen Strukturen zu gewährleisten. Eine innerhalb dieses Projektes durchgeführte Studie diverser physikalischer Kriterien für einen weiten Bereich von Strömungskonfigurationen zeigt, dass mit einem Kriterium basierend auf dem Gradienten der Geschwindigkeit generell ein guter Kompromiss aus Recheneffizienz und Ergebnisqualität erzielt wird. Um das Zusammenwirken dieser Maßnahmen unter anwendungsnahen Bedingungen zu testen, wird derzeit die turbulente Strömung um eine Hochauftriebskonfiguration untersucht. Erste Versuchsrechnungen für die Deltaflügelumströmung wurden bereits durchgeführt. Durch weitere Simulationen sollen der Prozess des Vorderkantenwirbelentstehens und -platzens untersucht werden. Ergebnisse sollen mit den RANS und DES Ergebnissen anderer Mitglieder der Forschungsgruppe GARTEUR AG-49 verglichen und diskutiert werden. Mit erfolgreicher Berechnung der Deltaflügelumströmung soll der venwendete Ansatz für die Untersuchung geometrisch komplexer inkompressibler Strömungen etabliert werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Efficient Representation of Turbulent Fluid-Flow Phenomena, Symposium on Turbulence and Hydrodynamical Instabilities,
Universe Cluster München, Deutschland, 2008
M. Meyer, A. Devesa, S. Hickel, N. A. Adams
- A conservative immersed interface method for large-eddy simulation of incompressible flows, J. of Comput. Phys. 22:6300 6317, 2009
M. Meyer, A. Devesa, S. Hickel, X.Y. Hu, N.A. Adams
- An Immersed Interface Method in the Framework of Implicit Large-Eddy Simulation, EUROMECH 504, Munich, 2009
M. Meyer, A. Devesa, S. Hickel, X.Y. Hu, N. A. Adams
- An immersed interface method in the framework of implicit large-eddy simulation. Proceedings of Direct and Large-Eddy Simulation 7, Trieste, Italien, Springer, 2009
M. Meyer, A. Devesa, S. Hickel, N. A. Adams
- Assessment of implicit large-eddy simulation with a conservative immersed interface method for turbulent cylinder flow, Int. J. Heat and Fluid Flow 29: 626-639, 2009
M. Meyer, S. Hickel, N.A. Adams
- Implicit Large Eddy Simulation of flows arround bodies of arbitrary shape on cartesian grids using a conservative immersed interface method, 6th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena (TSFP6); Seoul, Korea, 2009
M. Meyer, A. Devesa, S. Hickel, X.Y. Hu, N. A. Adams
- Computational Aspects of Implicit LES of Complex Flows, High Performance Computing in Science and Engineering, Springer, 2010
M. Meyer, S. Hickel, N. A. Adams
