Numerical investigations on heat transfer in complex internal flows with vortex generators

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Bernhard Weigand
• Subject Area: Technical Thermodynamics
• Term: from 2003 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5407142

In dem Forschungsvorhaben soll die Wirkung von 3D Vollkörperwirbelgeneratoren auf die Intensivierung des konvektiven Wärmeübergangs, wie sie z.B. bei der internen Kühlung von Gasturbinenschaufeln angewendet wird, numerisch untersucht werden. Gegenwärtige numerische Methoden erlauben noch keine echte Vorhersage dieser Wärmeübergangsbeeinflussung, es treten sehr große lokale Fehler auf. Daher sollen kombinierte experimentelle und numerische Untersuchungen an ausgewählten Wirbelgeneratoren durchgeführt werden. In einer Finiten-Volumen-Formulierung sollen die kompletten Reynolds-gemittelten Gleichungen für Impuls und Energie, sowie für die turbulenten Momente gewlöst werden. Für den Enthalpietransport werden neue Skalar-Fluss-Modelle verwendet, da das bislang zumeist genutzte Konzept der turbulenten Prandtlzahl den auftretenden Anisotropien im turbulenten Wärmestrom nicht Rechnung trägt. Zur Implementierung der Skalar-Fluss-Modelle ist ein Finite-Volumen-Code vorhanden, mit dem bereits geometrisch sehr komplexe Wärmeübergangskonfigurationen auf hybriden Gittern erfolgreich berechnet wurden. Er soll als Basiswerkzeug für notwendige Turbulenzmodellmodifikationen dienen. Die am ITLR gewonnenen Ergebnisse sollen via Schnittstellenprogrammierung in einen kommerziellen Löser implementiert werden, der von allen Partnern gemeinsam genutzt wird. Die zusammen mit dem experimentellen Vorhaben am ITLR erzielten Ergebnisse werden in Form von Benchmark-Datensätzen als Referenzfall für 3D-Längswirbelstrukturen mit Wärmeübergang veröffentlicht.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Sven Olaf Neumann