Numerische Anwendung & Aeroelastik

RUB » LS Lehrstuhl Thermische Turbomaschinen und Flugtriebwerke » Forschung

Numerische Anwendung

Die Arbeitsgruppe Numerische Anwendung befasst sich mit der Anwendung numerischer Verfahren zur Lösung hochkomplexer Strömungsvorgänge in Turbomaschinen und Turbomaschinenkomponenten. Zur Untersuchung von Phänomen wie bspw. Transition werden skalenauflösende Verfahren genutzt, um beteiligte Mechanismen akkurat abbilden zu können. Die Entwicklung von Post-Processing-Methoden im Zeit-, Frequenz- und Modalbereich ist ein notwendiger Baustein um örtliche und zeitliche Strukturen gezielt sichtbar zu machen. Darüber hinaus entwickelt die Gruppe Verfahren zur Auslegung von Turbomaschinen für innovative Energiespeicherkonzepte und innovative thermodynamische Kreislaufdesigns, in welchen Sondergase wie bspw. CO2 oder Ethanol Anwendung finden. Die Arbeitsgruppe nutzt sowohl hausinterne als auch kommerzielle Werkzeuge.

Dr.-Ing. David Engelmann

Gruppenleiter
Tel.: 0234 32 - 23121
E-Mail

Weiterentwicklung ein- und mehrdimensionaler aerothermodynamischer Vorauslegungswerkzeuge für Turbomaschinen

Die Weiterentwicklung von eindimensionalen und mehrdimensionalen numerischen Methoden für die Auslegungs- und Kennfeldberechnung von Verdichtern, Turbinen und Flugtriebwerken besteht einerseits auf der Entwicklung neuer Korrelationsmodelle, andererseits auf der thermophysikalischen Modellierung von Realgaseigenschaften bereits im Auslegungsprozess.

Transiente Aerodynamik von mehrstufigen Turbomaschinen

Mit Hilfe moderner CFD Verfahren werden am Lehrstuhl tranisiente Effekte in mehrstufigen Turbomaschinenkonfigurationen untersucht. Hierzu zählen unteranderem Interaktionsmechanismen sowie Sekundärströmungseffekte.

Transiente Aerodynamik hochkomplexer Geometrien

Die korrekte Erfassung der transienten Aerodynamik in hochkomplexen Geometrien, wie beispielsweise Dampfentnahmegeometrien, erfordert umfangreiche Erfahrung bei der Anwendung von CFD Verfahren, vor allem im Hinblick auf die aufwendige Erzeugung eines adäquaten numerischen Gitters. Dabei kommen sowohl struturierte als auch unstrukurierte Gittertopologien zur Anwendung.

Anwendung skalenauflösender Methoden

Skalen auflösende Methoden wie die Large-Eddy Simulation werden für die detailierte phänomenologische Untersuchung von lokalen Strömungseffekte wie z.B. Grenzschichttransition eingesetzt.

Fluid-Struktur-Interaktion

Die Fluid-Struktur-Interaktion beinhaltet die Untersuchung der gegenseitigen Beeinflussung von Struktur und Strömung. Dabei werden numerische Verfahren zur Strömungs- (CFD) und Strukturberechnung (FEM) miteinander gekoppelt.

Anwendung von Realgasen in Turbomaschinen

Der hausinterne 3D-Strömungslöser SharC ermöglicht die prädiktive, numerische Charakterisierung des Strömungs- und Betriebsverhaltens in Turbomaschinen, welche in Kreisprozessen wie dem Organic-Rankine-Cycle (ORC) oder dem superkritisch betriebenen Brayton-Cycle arbeiten. Dabei ist sowohl die direkte Einbindung von Zustandsgleichungen und Transporteigenschaftskorrelationen realer Gase oder eine Integration mittels hocheffizienter Tabellierungstechniken möglich.

Turbomaschinen für innovative Konzepte zur Energiespeicherung

Die Konzeptionierung und aerothermodynamische Vorauslegung von ein- wie auch mehrstufigen thermischen Turbomaschinen axialer und radialer Bauart, sowie die Bestimmung des zugehörigen Betriebsverhaltens ist als funktionsrelevante Schlüsselkomponente in großtechnischen Speichersystemen, wie etwa Druckluftspeichern oder Flüssigluftspeichern, grundlegend. Hierzu werden sowohl kommerzielle vor allem aber hausinterne Auslegungs- und Berechnungswerkzeuge verwendet.

Entwicklung von Post-Processing-Methoden im Zeit-, Frequenz- und Modalbereich

Für die Auswertung transienter Daten aus CFD Simulationen werden am Lehrstuhl effiziente Post-Processing Verfahren entwickelt, welche, je nach Bedarf, im Zeit-, Frequenz- oder auch im Modalbereich arbeiten. Hierzu zählen unter anderem Methoden auf Basis der "Proper Orthogonal Decomposition" (POD), der "Dynamic Mode Decomposition" (DMD) oder auch der "Discrete Wavelet Transformation" (DWT). Die Anwendung solcher Methoden erlaubt eine zielgerichtete Analyse der relevanten Strömungsphänomene, wodurch detailerte Einblicke in strömungsphysikalische Vorgänge, wie z.B. Grenzschichttransition, Kondensation oder Verbrennungsvorgänge ermöglicht werden.