Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Zweigleichungs-Turbulenzmodellen bei Profilumströmungen

Abstract

In ein Verfahren zur Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen für kompressible Strömungen sind die Zweigleichungs-Turbulenzmodelle nach Chien, Wilcox, Coakley und Menter implementiert worden. Es werden Modifikationen des k-w und des q-w-Modells vorgestellt. Die Erweiterungen des Lösungs-Verfahrens zur Einbeziehung von Transportgleichungs-Turbulenzmodellen werden erläutert. Die Untersuchung der Leistungsfähigkeit der Zweigleichungsmodelle erfolgt anhand der Umströmung des Profils RAE 2822 im subsonischen und transsonischen Geschwindigkeitsbereich sowie der Umströmung des Profils NACA 4412 unter Hochauftriebsbedingungen. Die Ergebnisse werden mit experimentellen Daten und den Resultaten eines algebraischen sowie eines Halbgleichungs-Turbulenzmodells verglichen. Als Kriterien dienen dabei die Wiedergabe typischer aerodynamischer Parameter, die numerische Effizienz und die Eignung der Turbulenzmodelle zur Behandlung komplexer Strömungsprobleme. Die Untersuchung zeigt, daß die modifizierte Version des k-w-Modells nach Wilcox die besten Gesamteigenschaften aufweist. Weitergehende Einsatzmöglichkeiten dieses Modells werden anschließend durch die Berechnung eines Mehrelemente-Klappenprofils und der dreidimensionalen Umströmung des Flügels ONERA-M6 aufgezeigt.