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Experimental and numerical investigation of turbulent boundary layers with strong pressure gradients

Knopp, Tobias und Schanz, Daniel und Novara, Matteo und Lühder, Wieland und Schülein, Erich und Schröder, Andreas und Parikh, Agastya und McLellan, David und Bross, Matthew und Eich, Felix und Kähler, Christian (2022) Experimental and numerical investigation of turbulent boundary layers with strong pressure gradients. In: AIAA SciTech 2022 Forum, Seiten 1-24. ARC. AIAA Scitech Forum 2022, 3.-7.Jan 2022, San Diego, USA. doi: 10.2514/6.2022-1035. ISBN 978-162410631-6.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
3MB

Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/abs/10.2514/6.2022-1035

Kurzfassung

A detailled investigation of a turbulent boundary-layer flow subjected to a strong adverse pressure gradient (APG) is presented. The main goal is to define a test case for the validation and improvement of RANS-turbulence models from wind-tunnel measurement data collected over the course of multiple measurement campaigns, including volumetric Lagrangian Particle Tracking (LPT) and stereoscopic PIV (SPIV), and oil-film interferometry. The boundary layer at a zero-pressure gradient (ZPG) reference position upstream of the pressure gradient region is found to exhibit a mild deviation from a canonical flow in the sense that the boundary layer thickness and hence the Reynolds number based on the momentum loss thickness Reθ are larger than for a canonical flow. Moreover a mild deviation in skin-friction coefficient and shape factor is found. The experimental data using LPT and SPIV in a spanwise domain around the centerplane show an increase of the boundary layer thickness compared to a canonical flow and a spanwise variability. This can possibly be attributed to the wake flow of the turning vanes upstream of the nozzle and the test-section. For the mean velocity profiles, this leads to a deviation in the law-of-the-wake region compared to canonical flows. The inner region, which is essential for the turbulence modelling and validation, is largely unaffected and agrees well with canonical flows. The Reynolds stresses are also in good agreement with canonical flows. Regarding the ultimate aim to define the computational set-up for RANS simulations, a pragmatic approach is pursued. The inlet length of the test-section is increased to account for the larger boundary layer thickness, corresponding to an adjustment of the virtual origin of the boundary layer. This leads to a good matching with the experimental mean velocity profile and the boundary layer parameters at the ZPG reference position. Downstream, in the pressure gradient region, which is the focus region for the improvement and validation of RANS turbulence models, the deviation between the RANS results and the experimental data is found to be almost insensitive with respect to minor changes in the computational set-up. In the strong APG region, the clearly most important deviation between the numerical predictions and the experimental data is due to the RANS turbulence models used.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/145192/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:AIAA 2022-1035 Session: NATO AVT-349 Non-Equilibrium Turbulent Boundary Layers at High Reynolds Number II
Titel:Experimental and numerical investigation of turbulent boundary layers with strong pressure gradients
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Knopp, Tobiastobias.knopp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3161-5353NICHT SPEZIFIZIERT
Schanz, Danieldaniel.schanz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1400-4224NICHT SPEZIFIZIERT
Novara, Matteomatteo.novara (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8975-0419NICHT SPEZIFIZIERT
Lühder, WielandWieland.Luehder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1483-0211NICHT SPEZIFIZIERT
Schülein, ErichErich.Schuelein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1125-8504NICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, AndreasAndreas.Schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6971-9262NICHT SPEZIFIZIERT
Parikh, AgastyaUniBw MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
McLellan, DavidUniBw MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bross, MatthewUni BW MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eich, FelixUni BW MünchenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kähler, ChristianUniversität der Bundeswehr, Münchenhttps://orcid.org/0000-0001-9336-2091NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2022
Erschienen in:AIAA SciTech 2022 Forum
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2022-1035
Seitenbereich:Seiten 1-24
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIAANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:ARC
ISBN:978-162410631-6
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Turbulent boundary layer; adverse pressure gradient; PIV
Veranstaltungstitel:AIAA Scitech Forum 2022
Veranstaltungsort:San Diego, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:3.-7.Jan 2022
Veranstalter :AIAA
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L EV - Effizientes Luftfahrzeug
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Digitale Technologien
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > CASE, GO
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren, GO
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, GO
Hinterlegt von: Knopp, Dr.rer.nat. Tobias
Hinterlegt am:04 Feb 2022 10:51
Letzte Änderung:22 Feb 2022 13:40

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