Einfluss des Dralls auf den Überschallnachlauf eines längsangeströmten zylindrischen Körpers / / Stephan Weidner.

• VerfasserIn: Weidner, Stephan,
• Place / Publishing House: Karlsruhe : : KIT Scientific Publishing,, 2021.
• Year of Publication: 2021
• Language: German
• Physical Description: 1 online resource (218 pages)

This study investigates the effects of swirl on the supersonic wake of longitudinally-aligned axisymmetric afterbodies. The swirl was introduced upstream of the base corner by either spinning non-canted or non-spinning canted fins. Depending on the introduced swirl rate, both the experimental and numerical results show two distinctively different wake flow structures. The fluid-dynamic processes present in the rotating wakes and the resulting structural changes are analyzed in detail.

Table of Contents

Vorwort i -- Kurzfassung iii -- Abstract . v -- Symbol- und Abkürzungsverzeichnis . xi -- 1 Einleitung 1 -- 1.1 Motivation 1 -- 1.2 Zielsetzung . 3 -- 1.3 Vorgehensweise . 3 -- 1.4 Aufbau der Arbeit 4 -- 2 Stand der Forschung . 7 -- 2.1 Achsensymmetrischer Überschallnachlauf . 7 -- 2.1.1 Empirische Korrelationen . 7 -- 2.1.2 Theoretische Modelle 7 -- 2.1.3 Experimentelle Analysen und numerische Simulationen 9 -- 2.1.4 Beeinflussung von Nachlaufströmungen 16 -- 2.2 Drallströmungen 18 -- 2.2.1 Wechselwirkung von Wirbelschläuchen mit Verdichtungsstößen . 18 -- 2.2.2 Einfluss des Dralls auf turbulente Mischungsprozesse . 20 -- 3 Studie mit rotierenden Strömungskörpern 23 -- 3.1 Versuchsaufbau und Anströmbedingungen . 23 -- 3.1.1 Messung des statischen Drucks der Anströmung . 25 -- 3.1.2 Messung der Grenzschichtdicke 26 -- 3.2 Modellgeometrien und Strömungsbedingungen im Nachlauf . 29 -- 3.3 Messungen des zentralen Basisdruckes . 31 -- 3.4 Druckabschätzung für rotierende Nachlaufströmungen . 36 -- 3.5 Vergleich von rotierenden, geraden mit nichtrotierenden, angestellten Leitflächen . 39 -- 3.6 Fazit zur Studie mit rotierenden Strömungskörpern 41 -- 4 Experimentelle Methoden 43 -- 4.1 Konfigurationen mit angestellten Leitflächen 43 -- 4.2 Messmethoden . 44 -- 4.2.1 Ölanstrichverfahren . 44 -- 4.2.2 Particle Image Velocimetry (PIV) . 46 -- 4.2.3 Druckmessungen 53 -- 5 Experimentelle Ergebnisse . 63 -- 5.1 Orientierung des wandnahen Strömungsfeldes . 63 -- 5.2 Geschwindigkeitsfeld im Nachlauf . 66 -- 5.3 Druckfeld 73 -- 5.3.1 Statischer Druck vor der Modellhinterkante 73 -- 5.3.2 Basisdruck . 76 -- 5.4 Ergebnisse für weitere Leitflächenanstellwinkel 80 -- 5.4.1 Orientierung des wandnahen Strömungsfeldes . 80 -- 5.4.2 Geschwindigkeitsfeld im Nachlauf . 82 -- 5.4.3 Druckfeld 85 -- 5.5 Zusätzliche Basisdruckmessungen mittels PSP-Methode 89 -- 5.6 Fazit zu den experimentellen Ergebnissen . 90 -- 6 Numerische Simulationsmethoden . 95 -- 6.1 Turbulenzmodellierung . 96 -- 6.2 Diskretisierung des Rechengebietes 98 -- 6.3 Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen . 102 -- 6.4 Einfluss der räumlichen Diskretisierungsdichte auf das Simulationsergebnis 103 -- 6.5 Einfluss der Methode zur Turbulenzmodellierung auf das Simulationsergebnis 112 -- 7 Numerische Ergebnisse und Interpretation der Messergebnisse 117 -- 7.1 Vergleich experimenteller und numerischer Ergebnisse 117 -- 7.1.1 Statischer Druck an der Modelloberfläche im Bereich der Leitflächen . 117 -- 7.1.2 Axiales und radiales Geschwindigkeitsfeld 119 -- 7.1.3 Turbulente kinetische Energie . 125 -- 7.1.4 Wandschubspannungen . 128 -- 7.1.5 Basisdruck . 130 -- 7.1.6 Fazit zum Vergleich zwischen den Simulationen und Messungen . 132 -- 7.2 Interpretation der Mess- und Simulationsergebnisse 133 -- 7.2.1 Azimutalgeschwindigkeit 133 -- 7.2.2 Radiale Druckgradienten und Zentrifugalkräfte 136 -- 7.2.3 Ähnlichkeit zum Wirbelaufplatzen -- in Überschallströmungen 140 -- 7.3 Fazit zu den numerischen Ergebnissen . 142 -- 8 Zusammenfassung und Ausblick 145 -- Literaturverzeichnis 149 -- Anhang -- A RANS-Simulationen 171 -- A.1 Numerische Methoden . 171 -- A.2 Ergebnisse 173 -- A.3 Fazit zu den RANS-Simulationen 175 -- B Massenstrom in das nahe Nachlaufgebiet verursacht durch PIV-Messungen . 179 -- B.1 Messung des maximalen Massenstroms 179 -- B.2 Einfluss des PIV-Massenstroms auf das Strömungsfeld 180 -- B.2.1 Abschätzung mittels semi-empirischer Korrelation 180 -- B.2.2 DES-Simulationen mit zentralem Massenstrom 180.