Numerische Flatteranalyse von transsonischen Verdichterprofilen mittels Frequenzbereichsverfahren

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der numerischen Flatteranalyse von Verdichtern, die hier mit der Energiemethode durchgeführt wird. Die instationäre Aerodynamik aufgrund von Eigenschwingungen wird mit Frequenzbereichsverfahren untersucht. Für die Turbulenzmodellierung sind unterschiedliche Methoden implementiert: im einfachsten Fall wird die Wirbelviskosität als konstant angenommen. Zudem kann das Turbulenzmodell mit dem Verfahren der harmonischen Balance linearisiert bzw. durch Höherharmonische mit nichtlinearen Ansätzen aufgelöst werden. Wandfunktion- und Low-Reynolds-Ansätze zur Beschreibung der wandnahen Strömung werden zunächst mit den Verfahren konstanter und linearisierter Wirbelviskosität verglichen. Ein dynamisches Verhalten dieser zeigt sich subsonisch und transsonisch nur bei Low-Reynolds-Rechnungen mit Linearisierung der Turbulenz. Nachfolgend werden drei Verfahren der harmonischen Balance mit wandaufgelösten Low-Reynolds-Ansätzen verglichen. Das Verfahren mit der Adaption des stationären Mittelwerts und Linearisierung der Strömung zeigt bei einem subsonischen Fall eine gute Übereinstimmung mit der nichtlinearen Referenz. Transsonisch kommt es zu Phasensprüngen des instationären Druckes an Stellen, an denen Verdichtungsstöße auftreten. Diese Sprünge werden von linearisierten Methoden bei einigen Phasendifferenzwinkeln diametral abweichend berechnet. Zuletzt werden die Verfahren der harmonischen Balance mit dem auskonvergierten Netz mit Ergebnissen fur ein unteraufgelöstes Netz gegenübergestellt. Die Ergebnisse für ein unteraufgelöstes Netz sind zueinander identisch, wenn die stationäre Lösung bei der instationären Rechnung adaptiert wird. Unterschiede zur Referenzrechnung sind dabei vor allem für den subsonischen Fall ausgeprägt.