Transition

Die beim URANS- bzw. DES-Ansatz verwendeten Turbulenzmodelle sind nicht in der Lage, den Umschlag der zunächst laminaren Grenzschicht in den turbulenten Zustand vorherzusagen. Da das betrachtete HQ17-Profil ein sog. Laminarprofil ist, hat die Position der Transition einen deutlichen Einfluss auf das sich entwickelnde Strömungsfeld. Zu ihrer Ermittlung wird auf einen Algorithmus von Krumbein [21] zurückgegriffen. Er setzt voraus, dass der laminar/turbulente Umschlag infolge einer laminaren Ablöseblase einsetzt. Dabei wird zunächst der Staupunkt detektiert. Von ihm aus bilden sich zwei laminare Grenzschichten, die eine entlang der Profiloberseite, die andere auf der Unterseite. Der Algorithmus verfolgt nun den Reibungsbeiwert $c_f$ beider Grenzschichten. Der erste auftretende Vorzeichenwechsel im Reibungsbeiwert korrespondiert mit einer laminaren Ablösung, auf die reagiert wird, indem alle stromab liegenden Zellen des Rechengebiets als turbulent markiert werden. Da sich die Ablösung im Laufe der iterativen Strömungslösung verschieben kann, ist auch der beschriebene Algorithmus iterativ. Krumbein weist darauf hin, dass das Verfahren nur in Bereichen kleiner Reynoldszahlen verwendet werden kann, wo laminare Ablösung vor dem Umschlagen der laminaren Grenzschicht auftritt. Mit den experimentellen Daten lagen Transitionspositionen für das nackte Profil vor, mit denen sich die Ergebnisse des Verfahrens vergleichen lassen. Wie in Abbildung zu erkennen ist, konnte hier eine gute Übereinstimmung erzielt werden. Wegen des großen numerischen Aufwands wurden die Positionen für die Simulation des Profils mit Gurney-Flap unter der Annahme bestimmt, dass die Transition mit der Zirkulation bzw. mit dem Auftrieb korreliert. Für das Profil mit Gurney wird deshalb jeweils die Lage des nackten Profils bei gleichem Auftrieb verwendet (vergleiche exemplarisch Abbildung rechts).

Abbildung: links: Wiedergabe der Transition am HQ17 bei $Re=10^6$ durch den Detektionsalgorithmus ; rechts: schematische Darstellung der Transitionsbestimmung bei Gurney-Flaps.