Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6138
Main Title: The impinging jet
Translated Title: Der Prallstrahl
Author(s): Wilke, Robert
Advisor(s): Sesterhenn, Jörn
Referee(s): Sesterhenn, Jörn
Marino, Luca
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: The internal cooling of turbine blades and vertical take off and landing aircraft engines are just two of many examples where impinging jets are used. In order to save global resources, an increase of cooling efficiency is wanted. Therefore, enormous research activities have been and are presently being carried out with respect to impinging jets. Despite substantial advances within the last decades, a knowledge gap still exists concerning its turbulent flow. This gap needs to be closed in order to develop more efficient cooling configurations. An additional problem is the emission of vastly loud tonal noise. This noise does not only damage the human hearing system, but also leads to material fatigue and failure, especially in the supersonic case. A feedback-loop mechanism is generally accepted to generate those destructive sound waves. Nonetheless, the role of standoff shocks and vortices in that respect is unclear and controversial. Within this dissertation, impinging jets are investigated by means of direct numerical simulations. Using this approach, the knowledge of the dynamics is extended by providing observations of the transient flow, statistical results as well as information about impinging jet modes. These insights are related to the topics heat transfer and sound emission. The sound source mechanism within supersonic impinging jets of low nozzle pressure ratio NPR=2.15 and high nozzle-to-plate distance h/D=5 are revealed.
Die interne Kühlung von Turbinenschaufeln und Triebwerke senkrecht startender und landender Flugzeuge sind nur zwei von vielen Anwendungsbeispielen, bei denen Prallstrahlen genutzt werden. Um globale Ressourcen zu schützen, wird eine Steigerung der Kühleffizienz benötigt. Deshalb wurden und werden enorme Forschungsaktivitäten bezüglich Prallstrahlen durchgeführt. Trotz bedeutenden Fortschritten während der letzten Jahrzehnte gibt es noch immer eine Wissenslücke mit Hinsicht auf deren turbulente Strömung. Diese Lücke muss geschlossen werden, um effizientere Kühlkonfigurationen entwickeln zu können. Eine weitere Fragestellung betrifft die Emission von tonalem Lärm. Dieser schädigt nicht nur das menschliche Hörsystem, sondern führt auch zu Materialermüdung und –versagen, insbesondere im Überschallfall. Es ist unstrittig, dass ein Rückkopplungsmechanismus für die Generierung dieser zerstörerischen Schallwellen verantwortlich ist. Dennoch ist die Rolle der Stöße in Prallplattennähe sowie der Wirbel unklar und umstritten. In dieser Dissertation werden Prallstrahlen mittels direkter numerischer Simulationen untersucht. Mit diesem Ansatz kann das Wissen bezüglich der Dynamik des Prallstrahls erweitert werden. Dazu werden Beobachtungen der transienten Strömung sowie statistische Auswertungen und Informationen über die modale Struktur des Prallstrahls präsentiert. Diese Einblicke werden mit den Themen Wärmeübergang und Schallemission in Verbindung gebracht. Die Mechanismen der Schallentstehung in supersonischen Prallstrahlen mit niedrigem Druckverhältnis (NPR=2.15) und weitem Strahlabstand (h/D=5) werden aufgezeigt.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6700
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6138
Exam Date: 3-Jul-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 8-Sep-2017
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::532 Mechanik der Fluide, Mechanik der Flüssigkeiten
Subject(s): ipinging jet
impinging tone
aeroacoustics
heat transfer
direct numerical simulation
Prallstrahl
Aeroakustik
Wärmeübertragung
Prallkühlung
DNS
Sponsor/Funder: DFG, SFB, 1029, TurbIn - Signifikante Wirkungsgradsteigerung durch gezielte, interagierende Verbrennungs- und Strömungsinstationaritäten in Gasturbinen
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
wilke_robert.pdf38.08 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.