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Efficient Unsteady Simulations of Cooled Turbines using Harmonic Balance

Müller, Michael und Schöffler, Robin und Grunwitz, Clemens und Morsbach, Christian (2025) Efficient Unsteady Simulations of Cooled Turbines using Harmonic Balance. In: ISUAAAT17 -International Symposium on Unsteady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines. ISUAAAT17 - International Symposium on Unsteady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines, 2025-11-17 - 2025-11-22, Melbourne, Australien. doi: 10.5281/zenodo.1777705.

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5MB

Offizielle URL: http://isuaaat.duke.edu

Kurzfassung

Efficient unsteady simulations of cooled turbines are essential for improving thermal load predictions and optimising turbine design. This study introduces a combined approach of the Harmonic Balance method, a differential Reynolds stress model, and a localised film cooling model, which captures the dominant unsteady effects in high-pressure turbine rotors. Traditional steady-state RANS simulations often under- or over-predict adiabatic wall temperatures and heat transfer coefficients due to the neglect of unsteady interactions. Results show that unsteady effects significantly impact thermal loads, with frequency-domain harmonic balance simulations closely matching high-fidelity time-domain URANS results at a fraction of the computational expense. The localised film cooling model improves accuracy over a coarser volume source model, while the SSG/LRR-log(w) turbulence model enhances turbulent mixing predictions. This can enable a much better capturing of relevant unsteady effects and turbulent mixing processes in both problem analysis and design, the impact of which would remain unknown using simpler methods.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219796/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Efficient Unsteady Simulations of Cooled Turbines using Harmonic Balance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Müller, MichaelMi.Mueller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6436-0801NICHT SPEZIFIZIERT
Schöffler, RobinRobin.Schoeffler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0931-9021202502099
Grunwitz, ClemensClemens.Grunwitz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4157-7415NICHT SPEZIFIZIERT
Morsbach, ChristianChristian.Morsbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6254-6979NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 November 2025
Erschienen in:ISUAAAT17 -International Symposium on Unsteady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.5281/zenodo.1777705
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Film Cooling Harmonic Balance Turbine Cooling
Veranstaltungstitel:ISUAAAT17 - International Symposium on Unsteady Aerodynamics, Aeroacoustics and Aeroelasticity of Turbomachines
Veranstaltungsort:Melbourne, Australien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:17 November 2025
Veranstaltungsende:22 November 2025
Veranstalter :University of Melbourne
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Numerische Methoden
Institut für Antriebstechnik > Turbine
Hinterlegt von: Müller, Michael
Hinterlegt am:15 Jan 2026 09:31
Letzte Änderung:15 Jan 2026 09:31

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