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Nachwuchsgruppe Multiphysik turbulenter Strömungen

Beschreibung

Aufgrund ihrer im Vergleich zu experimentellen Untersuchungen niedrigeren Kosten haben numerische Strömungssimulationen (engl. Computational Fluid Dynamics; CFD) bei der Auslegung als auch der Analyse von technischen  Strömungen eine herausragende Bedeutung. Hierbei bestimmt der Zweck ihres Einsatzes die Anforderungen an die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Simulationen. Während für die detaillierte physikalische Analyse zeit- und rechenintensive turbulenzauflösende Verfahren wie die LES (engl. Large Eddy Simulation) und DNS (engl. Direkte Numerische Simulation) eingesetzt werden, finden in der Auslegung die schnelleren, auf einer zeitlichen, statistischen Mittelung der Navier-Stokes Gleichungen basierenden RANS-Verfahren (engl. Reynolds-Averaged Navier-Stokes) Verwendung. Die fehlende physikalische Genauigkeit bei der Abbildung von Turbulenz und Transition wird bei RANS-Verfahren durch entsprechende Modelle kompensiert.

Die Nachwuchsgruppe Multiphysik turbulenter Strömungen beschäftigt sich mit dem Einfluss von turbulenten und transitionellen strömungsphysikalischen Effekten auf die Aerodynamik von Turbomaschinen. Ziel der Arbeiten ist dabei sowohl die Generierung physikalischen Grundlagenverständnisses mittels turbulenzauflösender Simulationen und experimenteller Untersuchungen an den Prüfständen des TFDs als auch darauf aufbauend die physikalische Modellbildung im Hinblick auf die Auslegung von Turbomaschinen mit RANS-Verfahren. Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die aktive und passive Beeinflussung transitioneller Grenzschichten in Niederdruckturbinen (NDT), der Einfluss anisotroper Oberflächenstrukturen auf turbulente und transitionelle Grenzschichten sowie der Einfluss periodisch-instationärer, turbulenter Turbinennachläufe auf die Stabilität hochbelasteter Axialdiffusoren und auf die Profilaerodynamik von Niederdruckturbinen.

Seitens der numerischen Verfahren finden sowohl kommerzielle Codes (z.B. ANSYS CFX) als auch quelloffene Forschungscodes wie TRACE und der Open Source Code OpenFOAM Verwendung. Insbesondere für TRACE erfolgt hierbei in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der MTU Aero Engines, der Technischen Universität Braunschweig und HAW Hamburg auch die gezielte Neu- und Weiterentwicklung physikalischer Modelle. Darüber hinaus ist die Nachwuchsgruppe  für die Administration und Weiterentwicklung der durch alle Arbeitsgruppen genutzten IT-Infrastruktur des Instituts verantwortlich.

 Abgeschlossene Projekte

  • Modellierung des Einflusses von Ausblasungen auf die Grenzschichttransition in hochbelasteten Niederdruckturbinen
  • Einfluss von Stützrippen auf die Sekundärströmungen in Turbinendiffusoren
  • Modellierung des Riblet-Effekts in RANS-basierten Turbulenzmodellen

Laufende Projekte

  • Untersuchung und Modellierung des Einflusses passiver Oberflächenstrukturen auf die Grenzschichttransition hochbelasteter Niederdruckturbinen
  • Skalenauflösende Simulationen moderner Niedruckturbinenprofile
  • Entwicklung synthetischer turbulenter Randbedingungen für kompressible skalenauflösende Simulationen
  • Skalenauflösende Simulationen selbsterregter Schaufelschwingungen
  • Verbesserte Vorhersage der seitenwandnahen Strömung in Niederdruckturbinen
  • Reduzierte Modellierung der Turbinen-Diffusor Interaktion
  • Skalenauflösende Simulationen und Modellierung des Einflusses komplexer Rauheiten auf transitionelle und turbulente Grenzschichten
  • Modellierung Nachlauf induzierter Grenzschichttransition
  • Untersuchung und verbesserte Modellierung von Kavitätenströmungen

Gruppenleitung

Nachwuchsgruppenleiter

Dr.-Ing. Florian Herbst

Stellv. Gruppenleitung

Dajan Mimic, M.Sc.