Virginia Tech Verdichtergitter, Vergleich des vorhergesagten Spaltwirbels mit experimentellen Daten.
Die Vorhersage der Spaltströmung wird durch die Verwendung von Reynolds-Spannungsmodellen verbessert. Besonders die mittlere Geschwindigkeit und die Geschwindigkeitsfluktuationen stimmen besser mit den experimentellen Daten überein. Trotzdem wird deutlich, dass die Vorhersage der Sekundärströmung sowie der Reynolds-Spannungen besonders in der Nähe der Wände weiter verbessert werden kann.
Der sich entwickelnde Spaltwirbel wird durch die Reynolds-Spannungsmodelle gut vorhergesagt. Dies gilt sowohl für die mittlere Geschwindigkeit als auch für die Reynolds-Spannungen.
Die Strömung im subsonischen Verdichtergitter ist ein herausfordernder Testfall für Turbulenzmodelle. Experimentell wurde die Konfiguration von Muthanna und Tang während ihrer PhD-Arbeiten am Virginia Polytechnic Institute and State University in Blacksburg, Virginia untersucht. Das Gitter besteht aus Schaufeln mit GE Rotor B Profilen mit einer Sehnenlänge und Schaufelhöhe von 254mm, die mit einem Staffelungswinkel von 56.9° angeordnet sind. Die Strömung durch den Schaufelspalt von 1.65% der Schaufelhöhe und der resultierende Spaltwirbel stehen im Mittelpunkt der Untersuchungen. Die Machzahl beträgt 0.073 bei einer Reynoldszahl gebildet mit der Sehnenlänge von 400.000
Wir haben den Testfall mit statistischen Turbulenzmodellen steigender Komplexität simuliert. Dabei handelt es sich im Einzelnen um das lineare Wirbelzähigkeitsmodell Menter SST k-ω, das explizit algebraische Reynolds-Spannungsmodell von Hellsten (Hellsten EARSM) und das differentielle Reynolds-Spannungsmodell SSG/LRR-ω von Eisfeld. Letztere beide bestimmen alle Komponenten des Reynolds-Spannungstensors durch algebraische Beziehungen bzw. die Lösung von partiellen Differentialgleichungen. Es konnte gezeigt werden, dass Reynolds-Spannungsmodelle zu einer verbesserten Vorhersage der Spaltströmung sowie des Spaltwirbels führen. Weitere Details bezüglich der Modelle, der numerischen Methode und der Ergebnisse finden sich in den Proceedings der THMT 2012 Konferenz.
Morsbach, C.; Franke, M. & di Mare, F.: Towards the application of Reynolds stress transport models to 3D turbomachinery flows, 7th International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer, 2012