Auswirkung der Transition auf die aerodynamischen Beiwerte eines Profils unter Verwendung des Gamma-Theta-Transitionsmodells in ANSYS CFX

Kurzfassung

Transition stellt den Übergang einer laminaren in eine turbulente Strömung dar. Bei der rechnergestützten Strömungssimulation wird meist auf eine Berücksichtigung der Transition verzichtet, da der überwiegende Anteil technisch relevanter Strömungen vollständig turbulent ist und laminare Grenzschichtbereiche keinen großen Einfluss auf den gesamten Strömungszustand haben. Zusätzlich bestand lange ein Mangel an ver-lässlichen Werkzeugen im Bereich der numerischen Strömungsberechnung, um den Transitionsprozess bei ingenieurmäßigen Fragestellungen zu erfassen. Sobald jedoch eine weitere Optimierung von Hochleistungsmaschinen vorgenommen werden soll, ist es unabdingbar den Grenzschichtcharakter zu berücksichtigen, um mit den verbesserten Kenntnissen des Strömungszustands eine gezielte Veränderung des betrachteten Körpers vorzunehmen. Das γ-Reθ-Transitionsmodell bietet in ANSYS CFX die Möglichkeit zur Bestimmung der Transition, ohne dass durch den Anwender ein laminarer Grenzschichtbereich vor der Strömungs-berechnung definiert werden muss. Anhand des Aerospatiale-A Profils (2d, Re = 2,1e6, Ma = 0,15, α = 13,1°) wird aufgezeigt, welchen Einfluss die Transition in Verbindung mit einer laminaren Ablösung auf die aerodynamischen Beiwerte eines Tragflügelprofils hat. Neben der allgemeinen Eignung Transitionsvorgänge angemessen genau abzubilden, zeigt sich, dass die Wahl der Turbulenzgrößen auf den Rändern des Strömungsfelds bei der Transitionsbestimmung von Bedeu-tung ist. Durch die Nutzung des Transitionsmodells steigen die Anforderungen im Pre-Processing, die Rechenzeiten und der Aufwand bei der Interpretation der Ergebnisse. Dennoch ist die Berücksichtigung der Transition im Optimierungs- und Auslegungsprozess ein notwendiger Schritt, um zukünftigen ökologischen und ökonomischen Herausforderungen zu begegnen. Dieser Text stellt einen Teilaspekt der Masterarbeit Fehrs [1] dar, die auf dem Deutschen Luft und Raumfahrt Kongress (DLRK) 2012 mit einem Nachwuchspreis berücksichtigt wurde. Die Arbeit wurde bei der CFX Berlin Software GmbH durchgeführt und betreut.