Entwicklung verbesserter Turbulenzmodelle zur Berechnung der Stroemung in Schaufelgittern Abschlussbericht

The calculation of viscous flow in turbine cascades for optimising the cascade design requires a turbulence model which allows to describe the most important turbulence phenomena contributing to the losses. The models that existed at the beginning of the project had difficulties with the laminar-turbulent transition and when larger separation zones occurred; it was also unclear how suitable these models were for strongly three-dimensional situations with secondary flow. The goal of the project was the development and the testing of improved turbulence models. For this, the existing k-#epsilon# model with wall functions was extended to a two-layer model, which resolves the viscous sublayer with a one-equation model. Empirical transition models were added to this. The basic k-#epsilon# model is able to calculate the core flow and the pressure distribution in many cases with acceptable accuracy, while in cases with transition or relaminarisation the boundary layer can be simulated well only with the two-layer model. This also yields significantly better results in situations with larger separation zones. For the test calculations, the available finite-volume method had to be extended significantly; a powerful method is now available for all velocity ranges. (orig.)Die Berechnung der reibungsbehafteten Stroemung in Schaufelgittern als Grundlage fuer eine optimale Gitterauslegung erfordert ein Turbulenzmodell, das die wichtigsten, zu den Verlusten beitragenden Turbulenzphaenomene zu beschreiben vermag. Bei Vorhabenbeginn existierende Modelle hatten Schwierigkeiten mit dem laminar-turbulenten Umschlag und beim Auftreten groesserer Abloesezonen; es war auch unklar, in wieweit sie bei stark dreidimensionalen Situationen mit Sekundaerstroemung geeignet waren. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und das Testen verbesserter Turbulenzmodelle. Dazu wurde das Ausgangs-k-#epsilon#-Modell mit Wandfunktionen zu einem Zweischichtenmodell erweitert, welches die wandnahe viskose Unterschicht mit einem Eingleichungsmodell aufloest. Diesem wurden empirische Umschlagmodelle beigefuegt. Das Ausgangs-k-#epsilon#-Modell sowie die verbesserten Modelle wurden an grundlegenden Stroemungen sowie an verschiedenen 2D und 3D Gitterstroemungen getestet. Das Ausgangs-k-#epsilon#-Modell kann die Kernstroemung und Druckverteilung in vielen Faellen schon mit akzeptabler Genauigkeit berechnen, waehrend fuer die Simulierung der Grenzschicht bei Auftreten von Umschlag oder Relaminarisierung unbedingt das Zweischichtenmodell gebraucht wird. Dieses gibt auch deutlich bessere Ergebnisse beim Vorliegen groesserer Abloesezonen. Fuer das Austesten musste das vorhandene Finite-Volumen Verfahren stark verweitert werden; es steht jetzt ein leistungsfaehiges Verfahren fuer alle Geschwindigkeitsbereiche zur Verfuegung. (orig.)Available from TIB Hannover: F96B2055+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman