Numerische Strömungsmechanik

LES der Strömung über eine Profilhinterkante um den Hinterkantenlärm vorherzusagen.

Zur Simulation interner und externer Strömungen werden die Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie auf Hochleistungsrechnern gelöst. Die Entwicklung der Algorithmen war Gegenstand verschiedener Forschungsprojekte am Aerodynamischen Institut. Zur Zeit verfügt der Lehrstuhl über eine Bibliothek verschiedener Diskretisierungsschemata, Turbulenzmodelle und Lösungsalgorithmen. Diese Programmbibliothek wird in Untersuchungen grundlegender Strömungsphänomene wie Turbulenz, Wirbeldynamik in laminaren und turbulenten Strömungen sowie Strömungsakustik eingesetzt. Für eine detaillierte Analyse von turbulenten Strömungen, die nicht mehr mit der notwendigen Genauigkeit auf Basis der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) durchgeführt werden können, werden Grobstruktursimulationen (LES) verwendet.

Ringförmige Wirbel innerhalb eines Zylinders eines 4-Takt-Motors.

Die Kopplung von CFD Lösungen mit Computational Aeroacoustics (CAA) Methoden zur Vorhersage von aerodynamisch erzeugtem Lärm ist ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet am Aerodynamischen Institut. Dieser Ansatz wurde bereits erfolgreich z.B. zur Vorhersage von Hinterkanten- und Freistrahllärm eingesetzt. 

Die Ermittlung von aerodynamischen Beiwerten und Wärmelasten von Raumflugkörpern gehört zu den Standardaufgaben des Aerodynamischen Institutes. Durch die kontinuierliche Verbesserung der numerischen Methoden können inzwischen viele Details der Tragflügelströmung, einschließlich der Interaktion von Triebwerksstrahlen mit den Randwirbeln des Flügels, mit überzeugender Genauigkeit simuliert werden.

Jet-Wirbel Wechselwirkung im Nachlauf eines Flugzeugflügels.
Interaktion eines Nachlaufs eines bewegten Zylinders mit einer Turbinenschaufel.

CFD Lösungen spielen eine wichtige Rolle in vielen Anwendungen, da die vollständige Information über das Strömungsfeld innerhalb des Berechnungsgebietes zur Verfügung steht. Die numerischen Simulationen müssen jedoch validiert werden, insbesondere wenn komplexe oder neue Phänomene untersucht werden. Der Ansatz des Aerodynamischen Institutes ist, die numerischen Simulationen i.a. durch experimentelle Untersuchungen zu begleiten, so dass eine gegenseitige Validierung möglich wird und eine größtmögliche Zuverlässigkeit sowohl der numerischen als auch der experimentellen Ergebnisse erreicht wird.