Numerische Untersuchung einer Düsenströmung mit Schiebewinkel

Ergebnisse 43
Parameter Werte
α [-] 0,83
nwel [-] 50
γ [-] 0,12
f0 [Hz] 0,0601449
dy [-] 0,15
Spanwise modes [-] 42
Re [-] 1435
ZSperiod [-] 5000
Zeitschritte [-] 95000
Tab. 4.7: Parameter NS3D
Um den Einfluß der eingebrachten Störung zu untersuchen, wird zuerst eine DNS Rechnung ohne
eingebrachte Störungen durchgeführt, die später als Referenz dienen wird.
Bei der störfreien Rechnung, bilden sich hinter der ebenen Platte kohärenten Wirbelstrukturen. Die-
se sind auf den Wendepunkt in der Geschwindigkeitsprofil sowie zu den initialen Störungen zurück-
zuführen.
Der Wirbelstärkevektor ergibt sich aus:
⎛
⎜
�ω = ⎝
ωx
ωy
ωz
⎞
⎛
⎟ ⎜
⎠ = ⎝
∂w ∂v
∂y − ∂z
∂u ∂w
∂z − ∂x
∂v ∂u
∂x − ∂y
⎞
⎟
⎠ (4.8)
Die Abb.(4.13) zeigt die Momentaneaufnahme der spannweitigen Wirbelstärke ωz als Konturlinien
für die Ebene z = 0. Die Kontur-Level reichen von -0,3 bis 0,1 mit einem Schrittweite von 0,04.
Die Wirbel beeinflussen sich gegenseitig und verschmelzen stromabwärts zu größeren Wirbel,
wodurch wird die Vermischung in der Scherschicht gesteigert. Die erste Wirbelpaarung findet für
80 < x < 120 statt. Stromabwärts entwickeln sich die Wirbel weiter. Bei x ≈ 200 verschmelzen die
Wirbel ein zweites Mal und bilden größere Wirbel. Diese Große Strukturen werden Stromabwärts in
der Dampfungszone dissipiert um Reflexionen zu vermeiden.
Bei der störungsfreien Rechnung bleibt das Strömungsfeld zweidimensional wegen des Spektralan-
satzes, d.h. alle primitiven Variblen sind unabhängig von z. Deshalb ist der Wirbelstärkevektor
konstant über die Spannweite.
Die spannweitige Wirbelstärke bei einer gestörten Scherschicht ist in Abb.(4.14) zu sehen. Die
Kontur-Level reichen von -0,35 bis 0,05 mit einem Schritt von 0,1.
Im Allgemein wird hier bei angeregten Scherschichten eine erhörte Wachstumsrate der Schichtdicke
beobachtet.
Unmittelbar hinter der ebenen Platte sind die Strömungsfelder für eine gestörte und eine ungestörte
Scherschicht fast ähnlich: Die Scherschicht rollt zur Wirbel mit dem fundamentalen Mode auf und
ist voll entwickelt für x ≈ 50 bei der beeinflussten Scherschicht. Die erste Wirbelpaarung findet auch