Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe ...

Die Einflußzone des Kühlluftstrahls mit ihrer niedrigen Wandtemperatur T W reichen sehr weit
in die Gebiete von der Ausblaseöffnung ab in Richtung des Hauptstroms. Dieses Ergebnis ist
nicht mit den Ergebnissen der Berechnungen mit Anstellwinkeln α von 10° und 40°
vergleichbar. Als Ursache für die überzogene Ausprägung der Einflußzonen können wir die
unzulässige Ausdünnung des Wandnetzes identifizieren. Sämtliche nachfolgenden
Berechnungen sind mit dem im Kapitel 3.3.2.5 beschriebenen Netz durchgeführt worden.
Jedoch sind allgemein betrachtet, die Ergebnisse der Berechnungen mit der Ausblaserate M =
0,5 fehlerhaft, da unmittelbar hinter der Ausblaseöffnung kalte Wandzonen mit
Wandtemperaturen T W entstehen, die niedriger sind, als die statische Temperatur T K der am
inlet definierten Randbedingung. Sehr ausgeprägt sind diese kalten Wandzonen für die
Ausblasekonfiguration mit der Ausblaserate M = 0,7 und dem Anstellwinkel α = 0°, etwas
kleiner für die Anstellwinkel α von 10° und 40°. Die Ursachen für das Entstehen der zu kalten
Wandzonen dürften in der nicht ausreichenden Konvergenz der Berechnungen bzw. in der
eigentlich unangepaßten Verwendung der kompressiblen Berechnungsoption von
FINE/TURBO V3.0 für eine inkompressibles Strömungsproblem liegen.
In den Ergebnissen der Berechnungen mit der Ausblaserate M von 1,0 wird ein weiterer
Effekt mit Veränderung des Anstellwinkels α deutlich. Ist der Kühlluftstrom noch für ein α
von 0° anliegend, so kommt es für einen größeren Anstellwinkel α und damit verbundenen
Verzögerung des Hauptstroms bzw. Ablösung an der Nasenvorderkante zur Verkleinerung der
durch den Kühlluftstrom unmittelbar gekühlten Zonen und zur verstärkten Durchmischung
von Hauptstrom und Kühlluftstrom. Es entsteht eine im Vergleich mit dem Ergebnis der
Berechnung ohne Anstellung homogenere Kühlluftschicht. Die Wandkühlung ist für den
Anstellwinkel α = 30° am effektivsten. Für den Fall der Berechnung mit dem Anstellwinkel α
von 30° durchtrennt der Strahl des Kühlluftstroms eine Wirbelzone. Im wandferneren Bereich
erfährt der Kühlluftstrom eine aerodynamische Umlenkung und trifft stromabwärts wieder auf
die Wand des umströmten Körpers auf. Die Kühlung der Gebiete, die von der
Ausblaseöffnung weiter entfernt sind, nimmt zu.
Wir müssen annehmen, daß es sich bei dem Teilbereich der Wirbelzone stromab von der
Ausblaseöffnung tatsächlich um ein von der Verzögerung des Hauptstroms herrührendes
Teilgebiet der Ablösung handelt, da die Ergebnisse aus Kapitel 3.3.1 größere Ablösegebiete
für identische Anstellwinkel α anzeigen. Inwieweit der ausgetretene Kühlluftstrom
Totwasserwirbel erzeugt oder eine stabilisierende Wirkung hat, muß Gegenstand numerisch
aufwendigerer Untersuchungen sein.
In den Ergebnissen der Berechnungen der Platten mit Ausblasung werden im Vergleich zu
den Ergebnissen in Kapitel 3.3.1 kleinere Ablösezonen bei gleichem Anstellwinkel α und
identischen Hauptstromverhältnissen erfaßt. Die Ursache hierfür kann, wie schon am Beispiel
der AGTB-Kaskade festgestellt, an der ungenügenden Diskretisierung der Grenzschicht in der
Nasenzone als auch an einer vermuteten aerodynamischen Wechselwirkung zwischen
verzögertem bzw. abgelösten Hauptstrom und ausgeblasenen Kühlluftstrom liegen.
Das Ergebnis der Berechnung mit der Ausblaserate M = 1,2 ohne Anstellwinkel ist äquivalent
mit den bereits beschriebenen Ergebnissen der Berechnungen mit niedrigeren Ausblaseraten.
104