Bei der Strömungssimulation in Turbomaschinen sind Zwei-Gleichungs-Wirbelviskositätsmodelle derzeit weit verbreitet, da sie umfangreiche physikalische Grundüberlegungen integrieren und einen vertretbaren Bedarf an Rechenressourcen benötigen. Obwohl die Simulationsergebnisse allgemein zu guten Übereinstimmungen mit den experimentellen Ergebnissen führen, werden wichtige Details der Strömung, welche auf den Wirkungsgrad der Maschine Einfluss nehmen, gar nicht oder nur unzureichend modelliert. Die angestrebte Genauigkeit bei der Beschreibung von Turbomaschinen wird somit nicht erreicht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden am Institut für Strahlenantriebe und Turboarbeitsmaschinen der RWTH Aachen in dem Navier-Stokes-Verfahren PANTA (RANS/URANS) neue Ansätze für Turbulenzmodelle und Modellerweiterungen implementiert und an turbomaschinenrelevanten Testfällen überprüft. Grundlegendes Zeil ist es, verbesserte Turbulenzmodelle abzuleiten, die für technische Anwendungen im Turbomaschinenbereich zu besseren Strömungssimulationen und Vorhersagen führen. Dem Phänomen der Stromlinienkrümmung wird dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Verschiedene Turbolenzmodelle bzw. Modellerweiterungen werden untersucht, welche den Einfluss der Rotation und Stromlinienkrümmung auf die Turbulent berücksichtigen. Hierbei kommen zwei Modellerweiterungen zur Parametrisierung des Anisotropiekoeffizienten zum Einsatz. Weiterhin wird ein explizites algebraisches Reynolds-Spannungs-Modell sowie eine Erweiterung des Modells angewendet. Als Basis für die zu untersuchenden Turbulenzmodelle bzw. Modellerweiterungen dienen die linearen Low-Re-Number Modelle k-ε Chien, sowie k-ω Wilcox mit deren Anwendung auf Turbomaschinenströmungen bisher weitreichende Erfahrungen gewonnen wurden. Zum Vergleich und zur Analyse des Verbesserungspotenzials der hier untersuchten Modelle kommt neben den linearen Modellen das von Menter entwickelte SST-Modell zur Anwendung. Die Validierung der untersuchten Turbulenzmodelle und Modellerweiterungen erfolgt anhand geometrisch einfacher Testfälle. Dabei wird die turbulente Strömung entlang einer ebenen Platte sowie einer unstetigen Kanalerweiterung und ein axial durchströmter Ringspalt mit rotierendem Innenzylinder simuliert. Für die Simulation turbomaschinenspezifischer Testfälle werden geeignete Testfälle betrachtet, bei denen herkömmliche Wirbelviskositätsmodelle größere Defizite aufweisen. Hier werden die stationäre Durchströmung eines ebenen hochbelasteten Turbinengitters sowie die dreidimensionale Strömungen durch ein Axialverdichterleitrad und ein Laufrad einer Radialverdichterschaufel untersucht. Die Simulationsergebnisse werden zum einen mit vorhandenen Messdaten und zum anderen mit Ergebnissen der bisher zum Einsatz kommenden linearen Wirbelviskositätsmodelle verglichen und analysiert.     «

Bei der Strömungssimulation in Turbomaschinen sind Zwei-Gleichungs-Wirbelviskositätsmodelle derzeit weit verbreitet, da sie umfangreiche physikalische Grundüberlegungen integrieren und einen vertretbaren Bedarf an Rechenressourcen benötigen. Obwohl die Simulationsergebnisse allgemein zu guten Übereinstimmungen mit den experimentellen Ergebnissen führen, werden wichtige Details der Strömung, welche auf den Wirkungsgrad der Maschine Einfluss nehmen, gar nicht oder nur unzureichend modelliert. Die...    »