Umströmung eines geneigten Ellipsoiden

Neben den gezeigten Durchströmungen wurden die Turbulenzmodelle auch an der Umströmung eines dreidimensionalen Rotationsellipsoiden verifiziert (Anstellwinkel a=10o, Re=7.7x106). Das benutzte 3d-Rechengitter ist als blockstrukturiertes Hexaedergitter aufgebaut. Obwohl dieser Testfall eine vergleichsweise einfache Geometrie besitzt, treten vor allem im hinteren Körperbereich sehr komplizierte Strömungsphänomene auf.
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Bild 12: Druckverteilung auf der Oberfläche des Ellipsoiden und ausgewählte Streichlinien

Bei 20 % der Körperlänge wird die Transition - der Umschlag von einer laminaren in eine turbulente Grenzschicht - künstlich herbeigeführt. Trotz geringer quantitativer Abweichungen wurden die Grenzschichtdicken korrekt berechnet. Bild 12 zeigt die Druckverteilung auf der Körperoberfläche, wobei der vordere Staupunkt deutlich zu sehen ist. Zusätzlich sind einige sich verwindende Streichlinien eingetragen.

Zusammenfassung

In den beschriebenen Testfällen schnitten die beiden Reynoldsspannungs-Modelle im Vergleich zum Standard-k-e-Modell im allgemeinen besser ab. Die pauschale Favorisierung eines bestimmten Modells für alle Anwendungsgebiete ist dennoch nicht möglich. So zeigten die höherwertigen RS-Modelle neben ihrer bekannt geringen Stabilität bei der Drallströmung durch den Rohrkrümmer keine gute Wiedergabe der Strömung. Der Grund liegt in der vereinfachten Behandlung der Druck-Scher-Korrelation in Wandnähe ohne Berücksichtigung von Wandreflexion. Die entsprechende Modellerweiterung ist jedoch sehr aufwendig.

Bei allen Simulationen kam die neuartige Wandbehandlung zum Einsatz, bei der sich das Rechengitter - numerisch gesehen - nur bis an den Rand der zähen Unterschicht erstreckt. Die Ergebnisse zeigen, daß diese Randbedingung einen universellen Einsatz auf beliebigen Gittern ermöglicht. Der Vergleich von Rechnungen auf strukturierten Hexaedergittern zu solchen auf unstrukturierten Tetraedergittern bei zylindrischen Innenströmungen machte die Problematik der Verwendung unstrukturierter Gitter deutlich: wegen der erforderlichen Gleichförmigkeit in alle Richtungen benötigt das Tetraedergitter in Strömungsrichting zwangsläufig erheblich mehr Zellen als das strukturierte bzw. ist bei gleicher Zellenzahl entsprechend gröber (Bild 7). Bei vergleichbarer Auflösung konnten auch unstrukturierte Netze brauchbare Resultate liefern.

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Last modified: Tue Mar 16 14:14:16 CET 1999