Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe ...
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Abb. 3.12 – normierter Wandabstand y + der ersten Netzzelle für Berechung mit k-ε Modell 3.2.4 Ergebnisse Die Strömung wird in der AGTB-Kaskade beschleunigt und stark umgelenkt. Die Strömungsgrenzschicht folgt der Kontur der Schaufeloberfläche. Auf der Saug- und auf der Druckseite stellen wir eine laminare Grenzschicht fest, Abb. 3.13. Grundsätzlich besteht für stark umgelenkte Strömungen die Gefahr der Grenzschichtablösung. Diese wurde in den Ergebnissen der Berechnungen mit dem Baldwin-Lomax-Modell als auch für das k-ε Modell nicht festgestellt. In ihrer Charakteristik sind die Ergebnisse der Berechnungen mit den Baldwin-Lomax-Modell und dem modfizierten k-ε Modell identisch. Das Phänomen der Grenzschichtablösung tritt entlang einer festen Wandkontur auf, wenn der statische Druck p bei gleichzeitig zunehmender Strömungsgeschwindigkeit zunächst abfällt. Danach fließt die Außenströmung langsamer. Nach und nach erschöpft sich die kinetische Energie der Grenzschicht aufgrund der Reibungseffekte an der festen Wandkontur. Für den Fall der Grenzschichtablösung wird ein Punkt erreicht, wo die Strömung in der viskosen Unterschicht zum Stillstand kommt und ein weiterer Druckanstieg strömabwärts nicht mehr möglich ist, während die Außenströmung ihren Druckanstieg fortsetzt. Die Außenströmung bricht an dieser Stelle in die energiearme Zone ein, wobei es in den wandnahen Bereichen zur Rückströmung kommt. 50
In der Genzschicht werden stark verwirbelte und verlustbehaftete Grenzschichtanteile angesammelt, die mit der Bildung eines Totwassergebietes den aerodynamischen Widerstand entlang der Lauflänge der Turbinenschaufel erhöhen könnte. In der AGTB-Kaskade besteht ohne Kühlluftausblasekonfiguration keine Gefahr einer Grenzschichtablösung. In den Abb. 3.14 bis Abb. 3.19 sind die Geschwindigkeitsvektorfelder und Stromlinien in den Nasen- bzw. Nachlaufzonen der AGTB-Kaskade der Berechungen mit dem Baldwin-Lomax- Modell und dem modifizierten k-ε Modell nach Chien dargestellt. Die Strömungsfelder der Nachlaufzonen für die AGTB-Kaskade unterscheiden sich in der unterschiedlichen Ausprägung der Wirbelstrukturen für die Berechnungen mit dem Baldwin- Lomax-Modell und dem modifizierten k-ε Modell nach Chien. Zeigt das Ergebnis der Berechnung mit dem Baldwin-Lomax-Modell je einen Wirbel in der Teilung von Druck- und Saugseite, so wird nur ein Wirbel auf der Saugseite bei der Berechnung mit dem modifizierten k-ε Modell erfaßt, Abb. 3.17 und Abb. 3.19. Die Ursache für dieses Ergebnis ist numerischer Art und nicht in der Auswahl des entsprechenden Turbulenzmodells begründet. Für die Berechnungen mit dem modifizierten k- ε Modell verwendeten wir ein in den Randzonen gröberes Netz als für die Berechnung mit dem Baldwin-Lomax-Modell, Abb. 3.14 und Abb. 3.15. Hier zeigt sich der Vorteil der Hochauflösung fester Randzonen. Mit feineren Netzen und hochaufgelöster Diskretisierung der Grenzschicht lassen sich gute Ergebnisse erzielen. Abb. 3.13 – Stromlinien in der AGTB-Kaskade für Berechnung mit Baldwin-Lomax-Modell, Maßstab 27:125 51
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Abb. 3.12 – normierter Wandabstand y + der ersten Netzzelle für Berechung mit k-ε Modell<br />
3.2.4 Ergebnisse<br />
Die Strömung wird in der AGTB-Kaskade beschleunigt <strong>und</strong> stark umgelenkt. Die<br />
Strömungsgrenzschicht folgt der Kontur der Schaufeloberfläche. Auf der Saug- <strong>und</strong> auf der<br />
Druckseite stellen wir eine laminare Grenzschicht fest, Abb. 3.13.<br />
Gr<strong>und</strong>sätzlich besteht für stark umgelenkte Strömungen die Gefahr der Grenzschichtablösung.<br />
Diese wurde in den Ergebnissen der Berechnungen mit dem Baldwin-Lomax-Modell als auch<br />
für das k-ε Modell nicht festgestellt. In ihrer Charakteristik sind die Ergebnisse der<br />
Berechnungen mit den Baldwin-Lomax-Modell <strong>und</strong> dem modfizierten k-ε Modell identisch.<br />
Das Phänomen der Grenzschichtablösung tritt entlang einer festen Wandkontur auf, wenn der<br />
statische Druck p bei gleichzeitig zunehmender Strömungsgeschwindigkeit zunächst abfällt.<br />
Danach fließt die Außenströmung langsamer. Nach <strong>und</strong> nach erschöpft sich die kinetische<br />
Energie der Grenzschicht aufgr<strong>und</strong> der Reibungseffekte an der festen Wandkontur. Für den<br />
Fall der Grenzschichtablösung wird ein Punkt erreicht, wo die Strömung in der viskosen<br />
Unterschicht zum Stillstand kommt <strong>und</strong> ein weiterer Druckanstieg strömabwärts nicht mehr<br />
möglich ist, während die Außenströmung ihren Druckanstieg fortsetzt. Die Außenströmung<br />
bricht an dieser Stelle in die energiearme Zone ein, wobei es in den wandnahen Bereichen zur<br />
Rückströmung kommt.<br />
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