Simulation instationärer turbulenter Strömungen in der Aerodynamik

Stand der Technik für aerodynamische Strömungssimulationen sind heute Verfahren auf der Grundlage der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (URANS). Auch in den vor der Antragsphase durchgeführten Voruntersuchungen wurden URANS-Verfahren verwendet, die im Vergleich zu einfachen Eingleichungsmodellen auf der Basis von Zweigleichungsmodellen mit Variablen für Turbulenzintensität und Strukturlängen- bzw. Zeitmaß eine verlässlichere Wiedergabe der zeitlichen Vorgänge innerhalb des turbulenten Spektrums erlauben [2,1]. Dennoch bleiben Unsicherheiten in der Vorhersage, wenn die turbulenten Zeitskalen und die typischen Zeitskalen der instationären Strömungsvorgänge nicht mehr voneinander zu trennen sind. Nur mit Hilfe von Lösungsverfahren, die nicht auf den Reynolds-gemittelten Gleichungen basieren, sind Aussagen von größerer Zuverlässigkeit zu erwarten. [15]. Zur Vermeidung der äußerst aufwändigen Direkten Numerischen Simulationen (DNS) und Large-Eddy-Simulationen (LES) schlägt Spalart [16] die weniger resourcenintensive Detached-Eddy-Simulation (DES) vor. Bei der DES werden nur die abgelösten Wirbel, d.h. diejenigen, die sich weiter entfernt von der Wand befinden, aufgelöst, während in Wandnähe, wo der LES-Ansatz extrem feine Gitterauflösungen erfordert, wie bei einem RANS-Modell verfahren wird. Diese Verfahren werden kontinuierlich weiterentwickelt und mittlerweile von vielen Gruppen weltweit verwendet. Es gibt vielversprechende Anwendungen, die von von akademischen Grundströmungen bis zu komplexesten Anwendungen reichen [16,17,3].