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Large Eddy Simulation of a Low-Pressure Turbine Cascade with Turbulent End Wall Boundary Layers

Morsbach, Christian und Bergmann, Michael und Tosun, Adem und Klose, Björn und Kügeler, Edmund und Franke, Matthias (2023) Large Eddy Simulation of a Low-Pressure Turbine Cascade with Turbulent End Wall Boundary Layers. Flow Turbulence and Combustion. Springer. doi: 10.1007/s10494-023-00502-6. ISSN 1386-6184.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
5MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10494-023-00502-6

Kurzfassung

We present results of implicit large eddy simulation (LES) and different Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models of the MTU 161 low pressure turbine at an exit Reynolds number of 90000 and exit Mach number of 0.6. The LES results are based on a high-order discontinuous Galerkin method and the RANS is computed using a classical finite-volume approach. The paper discusses the steps taken to create realistic inflow boundary conditions in terms of end wall boundary layer thickness and freestream turbulence intensity. This is achieved by tailoring the input distribution of total pressure and temperature, Reynolds stresses and turbulence length scale to a Fourier series based synthetic turbulence generator. With this procedure, excellent agreement with the experiment can be achieved in terms of blade loading at midspan and wake total pressure losses at midspan and over the channel height. Based on the validated setup, we focus on the discussion of secondary flow structures emerging due to the interaction of the incoming boundary layer and the turbine blade and compare the LES to two commonly used RANS models. Since we are able to create consistent setups for both LES and RANS, all discrepancies can be directly attributed to physical modelling problems. We show that both a linear eddy viscosity model and a differential Reynolds stress model coupled with a state-of-the-art correlation-based transition model fail, in this case, to predict the separation induced transition process around midspan. Moreover, their prediction of secondary flow losses leaves room for improvement as shown by a detailed discussion of turbulence kinetic energy and anisotropy fields.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198591/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Large Eddy Simulation of a Low-Pressure Turbine Cascade with Turbulent End Wall Boundary Layers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Morsbach, ChristianChristian.Morsbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6254-6979NICHT SPEZIFIZIERT
Bergmann, MichaelMichael.Bergmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0553-5584NICHT SPEZIFIZIERT
Tosun, AdemNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Klose, Björnbjoern.klose (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8069-7885NICHT SPEZIFIZIERT
Kügeler, EdmundEdmund.Kuegeler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9719-626XNICHT SPEZIFIZIERT
Franke, MatthiasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Oktober 2023
Erschienen in:Flow Turbulence and Combustion
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1007/s10494-023-00502-6
Verlag:Springer
ISSN:1386-6184
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Large eddy simulation, Low pressure turbine, Discontinuous Galerkin method, Secondary flows
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HGF - Programm:Luftfahrt
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Numerische Methoden
Hinterlegt von: Morsbach, Christian
Hinterlegt am:30 Okt 2023 10:06
Letzte Änderung:19 Dez 2023 09:45

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