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TRACE Überblick
TRACE (Turbomachinery Research Aerodynamics Computational Environment) ist ein blockparalleles 3D CFD-Verfahren für strukturierte und unstrukturierte Netze, das speziell zur Untersuchung von Turbomaschinenströmungen entwickelt wurde.
Der hybride strukturiert / unstrukturierte Ansatz erlaubt die einfache Simulation von Nebengeometrien wie Labyrinthdichtungen, Gehäuseeinbauten, Einblasungen und Absaugungen.
Für stationäre Simulationen werden bewegte und stillstehende Teile des Rechengebiets über Mixing Planes gekoppelt, für instationäre Rechnungen wird ein konservatives Schema genutzt. Reale Schaufelzahlen können über einen versetzt periodischen Ansatz mit nur einer Passage pro Schaufelreihe simuliert werden. Ein- und Austrittsrandbedingungen sind nichtreflektierend.
Zur Turbulenzmodellierung kommt ein k-w-Modell mit turbomaschinenspezifischen Erweiterungen zum Einsatz, das mit zwei verschiedenen Transitionsmodellen gekoppelt werden kann. Außerdem sind Modelle für Realgase und Mehrphasenströmungen vorhanden.
Für Optimierungsanwendungen können mit dem Modul adjointTRACE durch Lösen der adjungierten Reynoldsgleichungen Sensitivitäten bestimmt werden. Für Aeroelatische Anwendungen steht neben dem instationären Löser ein zeitlinearisiertes Modul zur Verfügung (linearTRACE).
Prozesskette
Strukturierte Netze für Turbomaschinenkomponenten werden mit dem am Institut entwickelten Werkzeug G3DMESH erstellt, für unstukturierte Netze werden kommerzielle Verfahren genutzt. Zum Vorbereiten der Simulation, d.h. zum Setzen von Anfangs- und Randbedingungen, Konnektivitäten und zur Auswahl numerischer Verfahren und physikalischer Modelle steht die grafische Benutzerschnittstelle GMC zur Verfügung. In Anschluß an die Simulation kann mit dem Postprozessor POST das Strömungsfeld analysiert werden, z.B. können vollautomatisch Kennzahlen bestimmt werden.
Anwendung
TRACE wurde erfolgreich in aerodynamischen, aeroakustischen und aeroelastischen Untersuchungen von radialen und axialen Turbomaschinen in Konfigurationen von einzelnen Gittern bis zu mehrstufigen Anwendungen mit über 30 Schaufelreihen angewendet. Hierbei wurden Schaufelgitter aus Windkanalversuchen, Forschungsmaschinen sowie Komponenten von Flugtriebwerken, Teile von Gasturbinen in Schwerbauweise oder Dampfturbinen in verschiedenen Betriebszuständen vom Auslegungspunkt bis zum Rand des Betriebsbereichs simuliert.
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