Liebe Besucherinnen und Besucher,
aufgrund unseres Sommerfestes sind wir am 03. September 2026 bis 14 Uhr erreichbar. Am 04. September 2026 sind wir wieder wie gewohnt für Sie da. Vielen Dank für Ihr Verständnis.
Ihr Team von Sack Fachmedien
Buch, Englisch, Band 2016-01, 177 Seiten, GB, Format (B × H): 148 mm x 209 mm
Reihe: NFL-Forschungsberichte
Buch, Englisch, Band 2016-01, 177 Seiten, GB, Format (B × H): 148 mm x 209 mm
Reihe: NFL-Forschungsberichte
ISBN: 978-3-928628-79-2
Verlag: Technische Uni Braunschweig NFL
Kürzlich durchgeführte akustische Untersuchungen zeigen, dass poröse
Tragflügelhinterkanten den Flugzeuglärm deutlich verringern können. Die
Simulationsmöglichkeiten für solche Verwendungen von porösen Materialien
an Flugzeugen und auch an anderen aerodynamischen Gegenständen sind
bisher sehr begrenzt. Die vorliegende Arbeit nimmt sich diesem Problem
an und beschreibt den gesamten Entwicklungsprozess einer möglichen
Erweiterung für numerische Strömungslöser zur Berechnung turbulenter
Strömungen über porösen Materialien, beginnend mit der Herleitung der
theoretischen Modelle, über deren Integration in einen Strömungslöser,
bis hin zur Validierung der Modelle anhand von DNS-Daten und Experimenten.
Die Randbedingungen der zu simulierenden Strömungen kommen aus der
zivilen Luftfahrt und sind unter anderem hohe Reynoldszahlen, sehr feine
poröse Strukturen und Geschwindigkeiten im transonischen
Machzahlbereich. Um solche Strömungen effektive lösen zu können werden
die Navier-Stokes-Gleichungen in ihrer kompressiblen Form räumlich und
zeitlich gemittelt. Dadurch entstehenden zu modellierende Terme, welche
zum einen den Effekt von porösen Materialien auf die Strömung und zum
anderen den Effekt der Turbulenz beschreiben. Das verwendete Modell der
für die porösen Materialien zuständigen Terme basiert auf den Gesetzen
von Darcy- und Forchheimer, und Turbulenzterme werden mit Hilfe eines
Reynoldsspannungsmodells modelliert.
An der Übergangsfläche zwischen porösem Medium und freier Strömung
werden zusätzliche Bedingungen notwendig. Denn beim Auftreffen der
Strömung auf ein poröses Medium muss ihr Zustand so transformiert
werden, dass sie ihren Weg im porösen Medium physikalisch sinnvoll
fortsetzt. Die Transformation basiert hauptsächlich auf
Erhaltungsgleichungen von Masse und Energie. Außerdem wird die Entropie
beim Einströmen ins poröse Medium erhalten. Die Berechnung diffusiver
Flüsse an der Übergangsfläche erfordert weitere Zusammenhänge für die
Gradienten einiger Strömungsvariablen, welche auf den Sprungbedingungen
von Ochoa-Tapia und Whitaker basieren.
Nach der Herleitung der benötigten Theorie wird kurz auf deren
Implementierung in einen finite-Volumen Strömungslöser eingegangen. Die
Funktionsfähigkeit wird anhand von einfachen Testfällen gezeigt, um sich
dann der Kalibrierung und Validierung der theoretischen Modelle zu
widmen. Kalibriert werden die Modellparameter mit Hilfe von DNS-Daten
einer Kanalströmung. Die Lösungen mit den final festgelegten
Parameterwerten zeigen gute Übereinstimmung mit DNS-Daten. Für die
Validierung werden aerodynamische Windkanaluntersuchungen an dem anfangs
beschriebenen Flügel mit poröser Hinterkante durchgeführt. Der Effekt
der porösen Hinterkante auf den Auftriebsbeiwert wird durch die
numerischen Simulationen gut wiedergegeben. Ein näherer Vergleich
zwischen Experiment und Rechnung anhand des Strömungsfelds nahe der
porösen Hinterkante zeigt außerdem, dass der Strömungslöser die
Strömungsphysik korrekt reproduziert.
