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 nu...

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.