Numerische Untersuchung einer Düsenströmung mit Schiebewinkel

Übersicht
Die dreidimensionale kompressible Strömung an einem Düsenende wird mittels Direkte Numerische
Simulation untersucht. Das Düsenende wird hierbei durch eine dünne ebene Platte modelliert, die
mit den Machzahlen Ma1 = 0,8 oben und Ma2 = 0,2 unten umströmt wird.
Das dreidimensionale Strömungsbild wird erzeugt, in dem das Geschwindigkeitsprofil einer zweidi-
mensionalen Grenzschicht um die y-Achse oberhalb der Platte gedreht wird. Stromab des Plattenen-
des entwickelt sich eine Kombination aus freier Scherschicht und Nachlauf mit kohärenten Wirbel-
strukturen.
Die Stabilitätsuntersuchung erfolgt mithilfe der linearen Stabilitätstheorie. Die Untersuchung der An-
fachungsraten der Strungen in der Grenzchicht hat gezeigt dass, die Geschwindigkeitskomponente in
Spannweiterichtung eine stabilisierende Wirkung auf das Strömungsfeld im Vergleich zu zweidimen-
sionaler Strömung hat. Die am stärksten angefachte Instabilitätswelle wird in der schiebenden oberen
Grenzschicht eingebracht. Ihre Amplitude wächst zuerst exponentiell entlang der Grenzschicht. Auf-
grund der großen Anfachungsrate im Nachlauf hinter der Platte, werden Störungen gesättigt bevor
sich die Scherschicht vollentwickelt. Infolge der zugenommenen Amplituden werden Moden, die ur-
sprünglich stabil sind, verstärkt, verursacht durch die nichtlineare Interaktion der verstärkten Störun-
gen. Die Kohärenten Wirbeln werden geneigt und brechen stromabwärts zu kleinen Wirbelstrukturen
unter der Einfluss der erzeugten Längswirbeln auf. Außerdem reduzieren die 3-dimensinalen Störwel-
len die Schallemission.
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