Strömungssimulation (CFD)

Numerische Strömungssimulation (CFD) wird am Institut für Strahlantriebe hauptsächlich eingesetzt, um komplexe Strömungsvorgänge in Turbomaschinenkomponenten zu untersuchen. Der gegenseitigen Ergänzung von experimentellen Messdaten und numerischen Simulationen und den resultierenden Synergieeffekten wird am Institut für Strahlantriebe eine große Bedeutung zugeschrieben. So können experimentelle Daten zur Validierung von numerischen Simulationen verwendet werden. Wiederum liefern hochauflösenden Strömungssimulationen wertvolle zusätzliche Informationen in experimentell schwer zugänglichen Strömungsgebieten.

Die folgenden wesentlichen Aufgaben sind für jeden zu simulierenden Fall individuell zu bewerten:

  • Methodenauswahl
  • Erstellung eines geeigneten Rechennetzes
  • Vorgabe geeigneter Randbedingungen
  • Bewertung des Konvergenzverhaltens
  • Post Processing
  • Kritische Überprüfung und Interpretation der Ergebnisse ggf. inkl. Vergleich mit experimentellen Messdaten

 

Eingesetzte CFD Solver am Institut für Strahlantriebe:

  • TRACE
  • ANSYS CFX
  • MISES
  • TAU

Rechenkapazitäten

Die Durchführung der numerischen Simulationen erfolgt sowohl auf einem institutseigenem High-Performance-Rechencluster als auch mit den Kapazitäten des Rechenzentrums der UniBw München.

Simulierte Einlaufstörungen

Um den Einfluss gestörter Zuströmung auf das Verdichterbetriebsverhalten zu untersuchen, werden am Institut numerische Grundlagenuntersuchungen durchgeführt. Dafür wird ein generischer Störkörper zusammen mit dem Verdichter in instationären 360°-Simulationen berechnet. Aufgrund des Umfangs der Simulation werden hohe Anforderungen an die verwendeten Rechenmethoden und Rechencluster gestellt, um detaillierte Ergebnisse zu erhalten.

CFD-Simulationen von Verdichter- und Turbinenprofilen

Parallel zu den experimentellen Untersuchungen am Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal liefern numerische Simulationen Aufschlüsse über komplexe Strömungsvorgänge in experimentell schwer zugänglichen Bereichen.
Der Vergleich mit exp. Ergebnissen wird zur Validierung und Verbesserung der eingesetzten CFD-Methoden herangezogen.

Fokus der CFD-Analysen:
Verlustverhalten (Transition/Ablösungen)
Instationäre Zuströmbedingungen
Sekundärströmungen

Instationäre Zuströmbedingungen

Gegenüber den experimentellen Untersuchen mit dem „Erzeuger Instationärer Zuströmung“ (EIZ) kann mit CFD-Simulationen der Untersuchungsumfang wichtiger Parameter, wie z.B. Strouhalzahl und Durchflusskoeffizient, deutlich erweitert werden. Die Forschungsschwerpunkte liegen auf dem Einfluss periodisch-instationärer Zuströmung auf die Sekundärströmungen, der Transition auf Profil und Seitenwand und der Verlustentwicklung im Schaufelgitter.