Turbulente Strömungsfelder um Tragflügelprofile werden mit Hilfe von numerischen Simulationen untersucht. Es werden ein alleinstehendes Tragflügelprofil sowie eine Profil-Klappe Hochauftriebskonfiguration betrachtet, wobei die Reynolds Zahlen der betrachteten Fälle jeweils bei 8.105 und 1.106 liegen. Bei den numerischen Untersuchungen werden sowohl Reynoldsgemittelte Navier-Stokes (RANS) Simulationen, als auch Grobstruktur-Simulationen (LES) durchgeführt. Während die RANS Methode für den Bereich der anliegenden Strömungen das zeitlich gemittelte Strömungsfeld in guter Übereinstimmung mit Experimenten wiedergeben kann, ist die Grobstruktur-Simulation in der Lage, auch hoch instationäre Strömungsvorgänge im abgelösten Bereich zu erfassen. Die Durchführung der Grobstruktur-Simulation im genannten Bereich hoher Reynolds-Zahlen ist jedoch äußerst aufwendig, weil auch die kleinskaligen turbulenten Bewegungen in der dünnen anliegenden Grenzschicht aufgelöst werden müssen. Die hoch instationären Strömungsvorgänge, wie z.B. massive Ablösungen oder turbulente Scherschichten, treten häufig nur in einem begrenzten Gebiet auf, wie z.B. in der Nähe der Hinterkante oder im Bereich des Klappenkastens. Es liegt nahe, für die unterschiedlichen Bereiche unterschiedliche geeignete numerische Konzepte anzuwenden, wobei die rechnerisch aufwendige Grobstruktur-Simulation nur auf die Gebiete anzuwenden ist, in denen stark instationäre Strömungsvorgänge stattfinden. In dieser Arbeit werden RANS- und LES-Simulationen für die Umströmung der Tragflügelprofile durchgeführt. Ein zonales gekoppeltes RANS-LES Konzept wird entwickelt, so dass die Effizienz der numerischen Untersuchungen gesteigert werden kann. Am Einströmrand in die LES-Zone werden geeignete Eintrittsrandbedingungen verwendet, um die Einströmung der turbulenten Grenzschicht in die LES-Zone zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigen, dass die Grobstruktur-Simulation in der Lage ist, das instationäre Strömungsfeld um die Tragflügelprofile in guter Übereinstimmung mit experimentellen Daten vorherzusagen. Basierend auf diesem Vorgehen können sowohl die Optimierung bezüglich der Auslegung des Hochauftriebssystems, als auch Reduzierung des Flugzeugzellenlärms durchgeführt werden.
Turbulent flow fields around airfoils are numerically investigated. A single airfoil and an airfoil-flap high-lift configuration are considered. For the numerical analysis, both Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and large-eddy simulations (LES) are performed. While the RANS simulation is able to predict the time-mean flow field of the attached flow regions in good agreement with the experimental data, the LES can also resolve the highly unsteady flow phenomena in regions where flow separation takes place. Nowadays, performing LES at the a forementioned high Reynolds numbers still remains a computationally expensive task, since it is necessary to resolve the small turbulent structures in the thin attached boundary layers. The highly unsteady flow phenomena like massive separation or turbulent shear layers, appear usually only in a restricted region, e.g., in the flap cove or in the near of the flap trailingedge. It is reasonable to apply different numerical concepts for the different flow regions. The computational expensive LES is only applied in the region where strong unsteady flow phenomena are present. In this work, RANS and LES simulations are carried out for airfoil geometries. A hybrid zonal RANS-LES concept is developed, so that the efficiency of the numerical approach is improved. Suitable turbulent inflow boundary conditions are applied at the inflow region of the LES zone, so that the unsteady characteristics of the incoming turbulent boundary layer are mimicked. The results have shown that the zonal LES is capable of resolving the unsteady flow field around wing sections in good agreement with experimental data. Based on this approach, both the investigation for the optimization of high-lift configuration and the reduction of airframe noise can be conducted.
Development of a zonal numerical method to compute viscous flow solutions
2008
118 Seiten, Bilder, Tabellen, 126 Quellen
Theses
English
Zonal solution of unsteady viscous flow problems
AIAA | 1984
|Simple Numerical Method to Compute Viscous Lift Loss of Wings
Online Contents | 1998
|British Library Conference Proceedings | 1993
|Numerical flow simulation using zonal-grids
AIAA | 1985
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