Modellierung der nachlaufinduzierten Transition in Niederdruckturbinenströmungen

Zusammenfassung Titel: Modellierung der nachlaufinduzierten Transition in Niederdruckturbinenströmungen Schlagwörter: Transitionsmodellierung, nachlaufinduzierte Transition, Gamma-ReTheta, Niederdruckturbine, Transportmodell, RANS In der vorliegenden Arbeit wird eine Transitionsmodellerweiterung vorgestellt, die den Modus der nachlaufinduzierten Transition in stationären Simulationen von Turbinenströmungen mit Mixing Plane Interfaces besser modellieren soll. Das von Langtry und Menter entwickelte ?-Re?t Transitionsmodell wird dabei als Grundlage genutzt und um zwei weitere Transportgleichungen ergänzt, die die Effekte inhomogener Strömung auf die Grenzschichttransition nach der Umfangsmittelung in der Rotor-Stator-Ebene konservieren. Nach der Schaffung von Grundlagen bezüglich der Strömung in Niederdruckturbinen sowie der verschiedenen Transitionsmodi werden Nachläufe im Kontext der Niederdruckturbine und deren Einfluss auf Profilgrenzschichten erörtert. Weitergehend werden die Eigenschaften und Kompromisse der industriell eingesetzten numerischen Methoden analysiert und auf dieser Basis die Modellerweiterung abgeleitet. Eine Validierung anhand von Grundlagentestfällen wird durchgeführt, bevor mit industriellen Anwendungsfällen die Potentiale zum weitläufigen Einsatz gezeigt werden. Das in dieser Arbeit entwickelte quasi-instationäre Nachlaufmodel (engl. quasi-unsteady wake model, QUWM) ist in der Lage, stationäre Simulationen mit Mixing Plane robust und konsistent näher an die instationär-gemittelte Lösung anzunähern. Der Ansatz ist vor allem in Betriebspunkten mit geringen Abströmreynoldszahlen oder geringen Turbulenzgraden sehr leistungsfähig gegenüber der Basismodellierung, da hier die Diskre- ¨ panz zwischen instationärer und stationärer Lösung ohne Modellerweiterung besonders groß ist.