Forschung im HLRN-Verbund 2011

139Abbildung 1: Dichte- und Temperaturverteilung eines mit der BOS-Methode untersuchten Abgasstrahlsder Simulationen wird es möglich, einmal erarbeiteteMechanismen und Analysen rechnerischauf verschiedene Triebwerkstypen zu übertragen,so dass nicht für alle Triebwerkstypen aufwendigeMessungen zur Klassifizierung typenspezifischerSchäden, Defekte oder Störungen durchgeführtwerden müssen.Im ersten Schritt werden hierzu instationäre360 ◦ -Rechnungen einer Flugzeugturbine durchgeführt.Das bedeutet, dass hier nicht nur eineSimulation zu einem bestimmten Zeitpunkt durchgeführtwird sondern eine gesamte Drehung desTriebwerks simuliert wird. Dabei wird untersuchtinwieweit sich unterschiedliche lokale Temperaturänderungenam Eintritt der Turbine, auf den Abgasstrahlauswirken. Für die Simulation wird dasProgramm TRACE verwendet. Dieses wird am Institutfür Antriebstechnik des Deutschen Luft- undRaumfahrtzentrums (DLR) entwickelt und in Kooperationmit dem Triebwerkshersteller MTU AeroEngines sowie Hochschulinstituten, u.a. dem Institutfür Turbomaschinen und Fluid-Dynamik der UniversitätHannover, fortlaufend weiterentwickelt.Die durchzuführenden Simulationen sind ausverschiedenen Gründen sehr anspruchsvoll. Bisherwurde keine volle 360 ◦ -Simulation einer gesamtenTurbine durchgeführt, so dass man sichhier nicht auf Erfahrungswerte stützen kann. Beiden üblichen CFD-Simulationen werden generellnur Ausschnitte gerechnet und unter der Annahmeder Periodizität kann dann auf die gesamteTurbine bzw. Verdichter geschlossen werden.In dem hier präsentierten Projekt werden lokaleTemperaturänderungen am Eintritt der Turbine integriert,so dass keine Periodizität mehr gegebenist. Darüber hinaus ist noch nicht bekannt inwieweitsich die Temperaturunterschiede bis zum Austrittdurchmischen. Somit ist es nicht möglich die Turbineauf einen bestimmten Ausschnitt einzugrenzen,was eine Simulation der gesamten Turbinenotwendig macht. Bei CFD-Simulationen werdendie Strömungsmechanischen Gleichungen immernur an bestimmten Punkten gelöst, die durch sogenannteNetze definiert werden. Da die gesamteTurbine simuliert wird, muss die Netzfeinheit vergröbertund damit die Anzahl der Punkte verkleinertwerden. Dabei muss darauf geachtet werden,dass auf der einen Seite der Informationsverlustvernachlässigbar bleibt auf der anderen das Netzaber klein genug wird, so dass eine Simulationdurchführbar ist. Daher muss in Voruntersuchungennicht nur die notwendige Netzfeinheit sondernauch die, für die Simulation notwendigen, Randbedingungenerprobt und bestimmt werden. Diehier verwendeten Netze haben bis zu 100 MillionenKnoten, was insbesondere in Anbetracht derinstationären Rechnungen, eine ressourcenintensiveSimulation und Auswertung mit sich bringt.Mehr zum Thema1. www.sfb871.de2. Goldhahn, E.; Seume, J.R. (2007): The Backgroundoriented schlieren technique: sensitivity,accuracy, resolution and application to athree-dimensional density field. Experiments inFluids, Vol. 43, Issue 2-3, pp. 241-2493. Alhaj, O.; Seume; J.R. (2010): Optical Investigationof Profile Losses in a Linear Turbine Cascade.Proceedings of the ASME Turbo Expo, 14-18 June 2010, Glasgow, UK, GT2010-230166FörderungDFG-Sonderforschungsbereich 871 ”Regenerationkomplexer Investitionsgüter”Ingenieurwissenschaften