Dynamik turbulenter Ablöseblasen – ein linearer Modellierungsansatz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kilian Oberleithner; Professor Dr.-Ing. Julien Weiss
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504349109

Das vorgeschlagene Forschungsprojekt hat das Ziel, die Antriebsmechanismen, der bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten in turbulenten Ablöseblasen (TSBs) auftretenden nieder- und mittelfrequenten Schwankungen, zu erörtern. Es ist bekannt, dass solche Unstetigkeiten bei einer Vielzahl von industriellen Strömungen durch die Erzeugung von Lärm, Vibrationen oder instationären Lasten abträglich sind. Trotz jahrzehntelanger Forschung ist der genaue Mechanismus, der mit der nieder- und mittelfrequenten Dynamik von TSBs verbunden ist, im Wesentlichen unbekannt.In der vorgeschlagenen Forschungsarbeit wird ein neuartiger linearer Ansatz verfolgt, um die nieder- und mittelfrequenten Schwankungen von TSBs aufzuklären. Insbesondere werden eine globale lineare Stabilitätsanalyse (GLSA) und eine Resolvent Analysis (RA) basierend auf einer kombinierten experimentellen (EFD) und computergestützten Fluiddynamik (CFD) Datenbank durchgeführt. Die Experimente werden an TSBs durchgeführt, die in einer asymmetrischen Diffusorströmung erzeugt werden, und werden durch Large-Eddy-Simulationen (LES) ergänzt. GLSA und RA werden an den gemittelten experimentellen und numerischen Strömungsfeldern durchgeführt, um mehrere Forschungsfragen zu beantworten, insbesondere, ob die niederfrequente Atmung der TSB durch absolute Instabilität angetrieben wird und ob das mittelfrequente Wirbelabwerfen durch konvektive Instabilität erfolgt. Außerdem wird ein neuartiges Datenassimilationsschema implementiert, um die Inkonsistenz von Turbulenzmodellen zu umgehen, die auftritt, wenn linearisierte Methoden auf turbulente Strömungen angewendet werden. Schließlich wird auf der Grundlage der Ergebnisse von GLSA und RA eine Kontrollstrategie entwickelt und im Windkanal implementiert, um die niederfrequenten Schwankungen zu beseitigen.Dieses Projekt kombiniert die Expertise in experimenteller Aerodynamik des Fachgebiets für Aerodynamik der TU Berlin (PI Weiss) mit der Expertise in CFD-, GLSA- und RA-Methoden, die am Fachgebiet Dynamik instabiler Strömungen, ebenfalls an der TU Berlin (PI Oberleithner), entwickelt wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen