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A Blade Element Theory Based Actuator Disk Methodology for Modeling of Fan Engines in RANS Simulations

Spinner, Sebastian und Keller, Dennis und Schnell, Rainer und Trost, Marco (2020) A Blade Element Theory Based Actuator Disk Methodology for Modeling of Fan Engines in RANS Simulations. In: AIAA Aviation 2020 Forum. AIAA Aviation 2020 Forum, 2020-06-15 - 2020-06-19, Reno, Nevada, USA. doi: 10.2514/6.2020-2749. ISBN 978-162410598-2.

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Kurzfassung

A modified actuator disk method based on blade element momentum theory is applied to an UHBR turbofan engine with the DLR TAU Code. The method is compared against RANS simulations with a common thermodynamic engine boundary condition and high-fidelity 360° uRANS simulations as well as RANS mixing-plane data from the design process of the engine conducted with the DLR flow solver TRACE. The input data of the actuator disk model comprise sectional lift and drag coefficients of the rotor and stator blades which are obtained by 2D RANS computations of the blade sections performed with the TAU Code. The boundary conditions for these 2D computations are derived from the aforementioned RANS mixing-plane results obtained during the design process of the investigated engine. Good agreement between the RANS actuator disk method and the uRANS results as well as the RANS mixing-plane data is observed. The actuator disk model is able to predict global engine performance data for different engine operating points. Detailed analysis shows that the actuator disk model is able to reproduce characteristic non-uniform inflow phenomena that could in the past only be modeled with uRANS computations. Additionally the model is capable to accurately predict the thrust distribution between rotor and stator. Therefore it is able to fill the gap between the currently used thermodynamic engine boundary condition and high-fidelity uRANS computations with only a minor increase in required computational resources.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137639/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:A Blade Element Theory Based Actuator Disk Methodology for Modeling of Fan Engines in RANS Simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Spinner, SebastianSebastian.Spinner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3661-6814NICHT SPEZIFIZIERT
Keller, DennisDennis.Keller (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schnell, RainerRainer.Schnell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Trost, MarcoMarco.Trost (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juni 2020
Erschienen in:AIAA Aviation 2020 Forum
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2020-2749
ISBN:978-162410598-2
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Engine Modelling, Actuator Disk, UHBR, RANS, CFD
Veranstaltungstitel:AIAA Aviation 2020 Forum
Veranstaltungsort:Reno, Nevada, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:15 Juni 2020
Veranstaltungsende:19 Juni 2020
Veranstalter :AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - keine Zuordnung
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Institut für Antriebstechnik
Hinterlegt von: Spinner, Sebastian
Hinterlegt am:18 Nov 2020 07:55
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:39

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