Large-Eddy Simulation turbulenter Filmkühlströmungen

Numerische Studien- / Masterarbeit
Large-Eddy Simulation turbulenter Filmkühlströmungen

Richtung des turbulenten Wärmestroms in der Mittelebene stromab einer Filmkühlbohrung

Bei modernen Fluggasturbinen wird zur Kühlung von Brennkammerwänden und Hochdruck Turbinenschaufeln Kühlluft durch eine Vielzahl kleiner Bohrungen auf die Oberfläche ausgeblasen. So bildet sich ein Kühlfilm, der die Wand vom Heißgas trennt und gleichzeitig Wärme abführt. Aufgrund der Interaktion von Kühlfilm und Hauptströmung bildet sich ein komplexes Wirbelsystem im Nachlauf der Filmkühlbohrung. Die dadurch entstehende turbulente Diffusion ist maßgeblich für die Kühlwirkung und somit essentiell bei  der Entwicklung effizienter, schadstoffarmer Fluggasturbinen.

Am Institut für Thermodynamik (LRT-10) wurden Temperatur- und Geschwindigkeitsdaten im Rahmen einer Messreihe erfasst. Diese wurden anschließend im Hinblick auf turbulente Diffusion ausgewertet. Hierbei konnte gezeigt werden, wie der turbulente Wärmestrom in Richtung des kalten Kerns des Kühlluftstrahls fließt (siehe Abb. 1).

Darauf aufbauend, ist das Ziel dieser Arbeit die Messdaten durch numerische Simulationen mit OpenFOAM nachzubilden. Hierbei muss zunächst die Geometrie eingelesen und vernetzt werden. Anschließend sollen Large-Eddy Simulationen durchgeführt werden und Ergebnisse mit den zur Verfügung stehenden Messdaten verglichen werden. Zudem soll eine Datenbasis erstellt werden, die zur Validierung reduzierter Modellierungen verwendet werden kann.

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Prof. Dr. rer. nat. Michael Pfitzner
Geb. 33 / 400 Zi. 3417
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M.Sc. Michael Straußwald
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