Numerische Untersuchung des Wirbelplatzens in kompressiblen Unterschallströmungen

Abstract

Wirbel in kompressibler axialer Strömung werden hinsichtlich ihres Aufplatzverhaltens numerisch untersucht. Für generische Wirbel werden zunächst Druck-, Dichte- und Geschwindigkeitsverteilungen im Wirbelquerschnitt senkrecht zur axialen Geschwindigkeitskomponente analytisch so bestimmt, dass die kompressible und reibungsfreie Strömung stationär ist. Die generischen Wirbel werden dann im Rahmen numerischer Simulationen als Einlass-Randbedingungen am Anfang eines sich aufweitenden Rohres verwendet. Der mit der Aufweitung des Rohres verbundene axiale Druckanstieg führt bei geeignet gewählten Wirbelparametern zum Wirbelplatzen nach dem Spiraltyp. Das Aufplatzverhalten einzelner Wirbel wird mit Beobachtungen aus der Literatur sowie mit einem um Kompressibilitätseffekte erweiterten Stabilitätsmodell nach Hall verglichen. Abschließend wird der Einfluss der Interaktion zweier Wirbel auf die Stabilität des Wirbelsystems exemplarisch untersucht.