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On the Simulation of Unsteady Turbulence and Transition Effects in a Multistage Low Pressure Turbine Part I: Verification and Validation

Ashcroft, Graham und Frey, Christian und Kersken, Hans-Peter und Kügeler, Edmund und Wolfrum, Nina (2018) On the Simulation of Unsteady Turbulence and Transition Effects in a Multistage Low Pressure Turbine Part I: Verification and Validation. In: Proceedings of the ASME Turbo Expo. ASME Turbo Expo 2018, 2018-06-11 - 2018-06-15, Oslo, Norwegen. doi: 10.1115/GT2018-76756.

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Kurzfassung

This is the first part of a series of three papers on the simulation of turbulence and transition effects in a multistage low pressure turbine. In this first part, the extension, verification and validation of a Harmonic Balance (HB) method recently proposed by the authors to fully include established turbulence and transition models in the method is presented. As an alternating frequency/time-domain type method the implemented HB solver has the advantage of being able to utilize models (e.g. boundary conditions or residual functions) formulated in either the frequency or time domain. On the one hand this allows highly accurate nonreflecting boundary conditions formulated in the frequency domain to be used along entry, exit or Interface boundaries, and on the other hand complex nonlinear terms formulated in the time domain to be used to describe nonlinear effects. Nevertheless, the wish to minimize the number of harmonics used to describe a given time periodic unsteady flow, coupled with the often highly nonlinear nature of turbulence and transition models makes the full inclusion of such models in the HB method challenging. In this work the integration of Menter’s SST two-equation k − w turbulence model along with Menter and Langtry’s two-equation gamma − ReTheta transition model in the context of a general framework for transport equations in the CFD solver TRACE is described in detail. Following the basic verification of the underlying transport equation framework, the implemented models are used to compute the well known high lift, low pressure turbine airfoil T106C and results are compared with the available experimental data as well as results from more conventional time-domain simulations. Alongside the basic validation of the models this testcase is furthermore used to investigate the importance of including higher harmonics, as opposed to only the zeroth harmonic, of the turbulence and transition models for the accurate prediction of the time-mean flow.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/120514/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:On the Simulation of Unsteady Turbulence and Transition Effects in a Multistage Low Pressure Turbine Part I: Verification and Validation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ashcroft, GrahamGraham.Ashcroft (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Frey, ChristianChristian.Frey (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0496-9225NICHT SPEZIFIZIERT
Kersken, Hans-PeterHans-Peter.Kersken (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4203-6450134615945
Kügeler, EdmundEdmund.Kuegeler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9719-626XNICHT SPEZIFIZIERT
Wolfrum, NinaMTU Aero Engines GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2018
Erschienen in:Proceedings of the ASME Turbo Expo
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1115/GT2018-76756
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Harmonic Balance, Turbulence, Transition, Unsteady
Veranstaltungstitel:ASME Turbo Expo 2018
Veranstaltungsort:Oslo, Norwegen
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:11 Juni 2018
Veranstaltungsende:15 Juni 2018
Veranstalter :ASME
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Antriebssysteme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L ER - Engine Research
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk und Validierungsmethoden (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Numerische Methoden
Institut für Antriebstechnik > Fan- und Verdichter
Institut für Antriebstechnik > Turbine
Institut für Antriebstechnik > Triebwerksakustik
Hinterlegt von: Ashcroft, Dr.(PH.D.) Graham
Hinterlegt am:10 Jul 2018 08:49
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:24

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