Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe ...

Eine Ausnahme nimmt das Ergebnis der Berechnung mit der Ausblaserate M = 1,2 und dem
Anstellwinkel α = 30° ein. Die Analyse der Stromlinien zeigt, daß die Zone der Ablösung bis
über den Bereich der Ausblaseöffnung hinaus sehr mächtig ist. Dieser Sachverhalt schlägt
sich in der Verteilung der Wandtemperatur T W mit der weitgehenden Vermischung von
Hauptstrom und Kühlluftstrom wieder.
Da das Ergebnis der Berechnung mit der Ausblaserate M = 1,2 und dem Anstellwinkel α =
30° mit Ergebnissen für den gleichen Anstellwinkel α nicht vergleichbar ist, muß es als falsch
gelten.
Die warmen Temperaturzonen des Hufeisenwirbels sind für die Berechnungen mit der
Ausblaserate M = 1,4 stärker als bei Berechnungen mit niedrigeren Ausblaseraten ausgeprägt.
Mit dem Einsetzen der Strömungsablösung verschwinden diese warmen Temperaturzonen
seitlich der Nachlaufzone der Ausblaseöffnung.
Trotz variiertem Anstellwinkel α können wir einer durch die Filmkühlausblasung ausgelöste
Ablösung der Hauptströmung stromab von der Ausblaseöffnung keinem Ergebnis der
Berechnungen eindeutig zuordnen, da in den Fällen der Strömungsablösung im
Nachlaufbereich der Ausblaseöffnung bereits vor der Ausblaseöffnung eine Ablösung der
Hauptströmung aufgrund des variierten Anstellwinkel α und der hierdurch hervorgerufenen
Strömungsverzögerung auftritt. Wir müssen beachten, daß der Kühlluftstrahl eine Sperrung
der verzögerten Hauptströmung in Wandnähe hervorruft und somit selbst zur Entwicklung der
Ablösung vor der Ausblaseöffnung bzw. nach der Ausblaseöffnung beiträgt. Ist die
Ausblaserate M kleiner, so können wir den umgekehrten Effekt durch das Einbringen von
kinetischer Energie in die Grenzschicht erwarten und die verzögerte Hauptströmung
stabilisieren. Möglicherweise werden für sehr kleine Ausblaseraten M die Ablösezonen aus
aerodynamischer Sicht positiv beeinflußt, d.h. kleiner. Für den Fall höherer Ausblaseraten M
schießt der Kühlluftstrahl, wie bereits beschrieben, durch den Ablösewirbel und kommt
stromabwärts von der Ausblaseöffnung an der Wand zum Anliegen.
Letztendlich halten wir bezüglich der Entwicklung der Position des Temperaturminimums
und somit Auftreffpunktes des Kühlluftstrahls auf der Wand fest, daß bei niedrigen
Ausblaseraten von 0,7 bis 1,2 mit der Vergrößerung des Anstellwinkels α sich das
Temperaturminimum auf der Wand stromab von der Ausblaseöffnung in Richtung des
Hauptstroms verschiebt.
Für die Ausblaserate M ab 2,0 hingegen nähert sich das Temperaturminimum auf der Wand
mit Vergrößerung des Anstellwinkels α wieder der Ausblaseöffnung. Die Distanz zwischen
Ausblaseöffnung und Auftreffpunkt des Kühlluftstrahls verringert sich. Eine Erklärung wäre
mit der Zunahme der Turbulenz und somit Wirbelviskosität µ t in der Grenzschicht und in den
wandnahen Bereichen der verzögerten bzw. abgelösten Hauptströmung möglich, die den
aerodynamischen Widerstand gegenüber den Kühlluftstrahl erhöht und diesen verstärkt
umlenkt.
Um die Ergebnisse der numerischen Simulation zu verbessern, ist eine umfangreichere und
angepaßte Diskretisierung des physikalischen Rechenraums notwendig. Die Berechnung von
Konfigurationen mit einer weitaus höheren Anzahl von Variationen der Ausblasrate M sowie
des Anstellwinkels α würde die Phänomenologie der Ausblasung weiter erklären helfen.
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