Methoden der Modellierung von Turbomaschinen

 

Inhalt

Turbomaschinen spielen in weiten Teilen unseres Lebens eine bedeutende Rolle. Sie sind Antriebe nahezu aller modernen Flugzeuge, werden im Bereich der Stromerzeugung eingesetzt oder sind wichtiger Bestandteil in Anlagen der Prozessindustrie. Dabei werden immer höhere Anforderungen in Bezug auf Effizienz, Emissionen und Leistungsfähigkeit gestellt. Um diesen Herausforderungen begegnen zu können ist ein tiefes Verständnis der Thermodynamik, Aerodynamik und Strukturmechanik von Turbomaschinen erforderlich.

In der Entwicklung moderner Turbomaschinen spielt die numerische Simulation der Strömung eine wichtige Rolle. Durch immer komplexere Schaufelgeometrien kommen viele vereinfachte Verfahren an ihre Grenzen und eine effiziente Weiterentwicklung ist nur unter Einsatz komplexer numerischer Simulationen möglich. Ziel der Veranstaltung ist es, die grundlegenden Zusammenhänge und Methoden der numerischen Strömungsmechanik, Abkürzung CFD, aufzuzeigen, und dabei turbomaschinenspezifischen Aspekten ausdrückliche Aufmerksamkeit zu widmen.

Im ersten Teil der Veranstaltung werden nach einer knappen Rekapitulation der Erhaltungsgleichungen der Strömungsmechanik die wesentlichen Verfahren eines CFD-Codes vom Standpunkt eines Finite-Volumen-Verfahrens entwickelt. Im Fokus steht hierbei die grundlegende mathematische Analyse der partiellen Differentialgleichungen und den daraus abgeleiteten räumlichen und zeitlichen Diskretisierungsmethoden . Zur Lösung der entstehenden linearen Gleichungssysteme werden die gebräuchlichsten iterativen Lösungsverfahren besprochen. Im zweiten Teil der Veranstaltung werden konkret turbomaschinenspezifische Aspekte näher beleuchtet. Darunter Prinzipien der Netzgenerierung, Turbulenzmodellierung und Randbedingungen.

 

Themengebiete

• Numerische Simulationen von Turbomaschinenströmungen, kurz CFD
• Finite Volumen Methode
• Räumliche und zeitliche Diskretisierung
• Riemann Problem
• Stabilität und Konvergenz
• Turbulenz
• Randbedingungen