Numerische Simulation von Transitionsmechanismen in kompressiblen Grenzschichten

Abstract

Ein Verfahren zur direkten numerischen Simulation der Transition und Turbulenz kompressibler Grenzschichten wird vorgestellt. Fuer die raeumliche Diskretisierung wird ein Spektral-/Finite- Differenzen-Verfahren verwendet. Die Zeitintegration erfolgt mit einem expliziten Runge-Kutta-Verfahren dritter Ordnung. Das Verfahren wird ausfuehrlich dargelegt, seine numerische Stabilitaet untersucht, und es wird durch einen Vergleich mit Resultaten der linearen Stabilitaetstheorie validiert. Gegenstand der numerischen Untersuchungen sind Transitionsmechanismen in der Grenzschicht an einer ebenen Platte bei einer Anstroem-Machzahl von 4.5. Im Detail wird der subharmonische Transitionsprozess bis in die beginnende Turbulenz untersucht. Der konkurrierende fundamentale Transitionsprozess wird bis weit in die nichtlinearen Stadien simuliert. Ein Vergleich beider Simulationsrechnungen gibt Aufschluss ueber Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Entwicklung und in dem Verhalten von Wirbelstrukturen und Scherschichten.