Forschung im HLRN-Verbund 2011

101Abbildung 1: Visualisierung der Sekundärströmung in der Kaskade mit Hilfe von Isoflächen des λ 2 –Wirbelkriteriums eingefärbt mit der lokalen Strömungsgeschwindigkeit (rot: hohe, blau: niedrige Geschwindigkeit).Die linke Seite zeigt die Lösung der RANS-Simulation während die Rechte Seite dieLösung der DES darstellt. Die DES zeigt im Bereich der freien Scherschichten feine turbulente Strukturenauf, welche durch eine RANS nicht aufgelöst und erfasst werden können.Modelle beschrieben wird, sind diese Verfahrenzwar günstig in Bezug auf den Rechenaufwand, allerdingsoft auch ungenau in der Beschreibung derTurbulenz, insbesondere bei abgelösten, instationärenPhänomenen. Eine hochauflösende Large-Eddy Simulation (LES) modelliert nur die kleinstenSkalen während große Skalen direkt aufgelöst werden.Insbesondere ist eine LES speziell im wandnahenBereich sehr teuer. Da bei einer Verdichterströmungzusätzlich zu den Schaufeln auch nochdie Endwände berechnet werden müssen, wirdhier ein hybrider Ansatz verwendet, welcher dieVorteile beider Berechnungsverfahren kombiniert.Die wandnahen Bereiche werden im RANS-Modusbehandelt und in den wandfernen Bereichen turbulenterStrömungen werden die abgelösten, großskaligenSchwankungsbewegungen mit dem LES-Modus aufgelöst. Derartige hybride RANS-LES-Verfahren bezeichnet man als Detached-Eddy-Simulation (DES) [2]. Sie stellen einen Kompromissaus aufgelösten Strömungsphänomenen undbenötigter Rechenzeit dar, welcher in naher Zukunftindustriellen Nutzen finden könnte. Die unterschiedlicheAuflösung der Sekundärströmung inder Kaskade durch die beiden Verfahren (RANS –DES) ist deutlich in Abbildung 1 sichtbar.Mehr zum Thema1. Gmelin, C., Steger, M., Thiele, F., Huppertz, A.,Swoboda, M.: Unsteady RANS Simulations ofa Highly Loaded Low Aspect Ratio CompressorStator Cascade with Active Flow Control. ASMETurbo Expo 2010, GT2010-22516, 2010.2. Steger, M., van Rennings, R., Gmelin, C., Thiele,F., Huppertz, A., Swoboda, M.: Detached-Eddy Simulation of a Highly Loaded CompressorCascade with Laminar Separation Bubble.9 th European Turbomachinery Conference,2011.FörderungDFG-Sonderforschungsbereich 557Ingenieurwissenschaften