Dillmann, AndreasGrunert, Kai2015-11-202000-07-272000-07-272000-07-27urn:nbn:de:kobv:83-opus-701https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/465http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-168Thema der Arbeit ist die Modellierung der Turbulenz bei der Berechnung verdrallter Innenströmungen. Technische Relevanz haben diese Klasse von Strömungen vor allem bei Mischungsvorgängen z.B. in Brennkammern von Flugzeugtriebwerken. Bei ausreichend starker Drallkomponente kann sich auf der Symmetrieachse ein zentrales Rückströmgebiet ausbilden. Dies Phänomen wird als Wirbelaufplatzen bezeichnet und dient in Brennkammern sowohl zur Stabilisierung der Flamme als auch zur Schadstoffreduktion. Die korrekte Darstellung verdrallter Strömungen stellt sehr hohe Anforderungen an die Turbulenzmodellierung. Daher wurden im Rahmen der Arbeit nur statistische Modelle eingesetzt, die auf der Modellierung der Transportgleichungen für den Reynoldsspannungstensor basieren. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt hierbei auf der Herausarbeitung substantieller Unterschiede des Druck-Scher-Korrelationsterms. Neben diversen linearen Modellen, die eine isotrope Verteilung der Produktionsraten anstreben wurde auch ein quadratisches Modell in ein Finite-Volumen-Verfahren implementiert und an diversen Drallströmungen validiert. Die Validierungen ergaben, dass nur das quadratische Modell in der Lage ist, alle Strömungen korrekt wiederzugeben. In der Arbeit werden die Ursachen für das teilweise schlechte Vorhersageverhalten der einzelnen linearen Modelle analysiert. Neben statistischen Turbulenzmodellen wurde auch die Grobstruktursimulation zur Berechnung einer Drallkonfiguration eingesetzt. Die in der Strömung enthaltenen hochfrequenten 3D-Effekte konnten mit der Simulation wiedergegeben werden. Ausser der richtigen Berechnung der experimentell gefundenen, dominierenden Frequenz, die mit Methoden der Proper Orthogonal Decomposition aus ca. 1000 aufeinanderfolgenden Zeitschritten bestimmt wurde, konnten auch Asymmetrien und helikale Strukturen numerisch dargestellt werden. Die für die Grobstruktursimulation erforderliche Rechenleistung wurde durch ein PC-Cluster geliefert. Der Aufbau eines solchen, auf freier Linux-Software basierenden Systems und die Portierung eines 3D-Verfahrens auf diese Architektur zeigte, dass es prinzipiell möglich ist, Rechnungen dieser Art auf vergleichsweise billigen Rechnern durchzuführen. Allerdings erfordert die geringe Bandbreite und hohe Latenz der eingesetzten Netzhardware - sie besteht aus einem geswitchten Fast Ethernet Netz - die intensive Nutzung zeitparalleler Kommunikation und Berechnung, um auf eine befriedigende Rechenleistung des Gesamtsystems zu kommen.de600 Technik, TechnologieBeowulf-ClusterDrallströungenLESReynolds-Spannungs-ModelleTurbulenzmodellierungDoctoral Thesis