Numerische Analyse des Reibungswiderstands oberhalb bewegter Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Schröder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202175528

Ziel dieses Teilprojektes ist es, turbulente Grenzschichten bei instationären Anströmbedingungen mit spannweitig transversalen Oberflächenwellen so zu beeinflussen, dass einerseits der Reibungswiderstand kontrolliert reduziert werden kann und andererseits zur Sicherung des Anliegens der Strömung die Wandschubspannung kontrolliert erhöht werden kann. Gegenüber der ersten Förderphase wird somit der Parameterraum der Untersuchungen, der durch den Reynoldszahlbereich der Anströmung, den Druckgradienten, die Wellenform der Oberflächenbewegung und die Oberflächenstruktur definiert ist, um die Zeitabhängigkeit der Störung in der Anströmung erweitert. Inwiefern durch diese zeitliche Störung Strömungsstrukturen verändert oder hervorgerufen werden, die eine Veränderung der Wandschubspannungsverteilung und damit des Widerstandes bewirken, ist Gegenstand der Untersuchung. Die Kontrolle der Oberflächenwellenparameter soll anhand eines modellprädiktiven Reglers erfolgen, der im Teilprojekt 3 entwickelt wird und nach der Implementierung in der numerischen Simulation eine Anpassung der Oberflächenwellenparameter so vornimmt, dass das Ziel der Reibungswiderstandsreduktion bzw. Verringerung der Ablöseneigung zu allen Zeitpunkten der instationären Strömung erhalten bleibt. Zur Entwicklung des Reglers sollen zunächst die wesentlichen strömungsphysikalischen Mechanismen in einfach beschleunigten und verzögerten turbulenten Grenzschichten ohne Druckgradient mittels hochaufgelöster Grobstruktursimulationen ermittelt werden. Die anschließenden Untersuchungen hinsichtlich der Beeinflussung der Ablöseneigung sollen für Grenzschichten mit einem aufprägten, positiven Druckgradienten in Strömungsrichtung erfolgen. Analog zu der Vorgehensweise bei der Widerstandsreduktion soll analysiert werden, inwiefern die Mechanismen, die bei der Strömung ohne Druckgradient maßgeblich sind, ebenfalls in einfach verzögerten Grenzschichten für eine Wandschubspannungserhöhung bestimmend sind. Die Berechnungen für die Strömungen mit und ohne Druckgradient werden jeweils für glatte und strukturierte Oberflächen durchgeführt, um den Einfluss der Oberflächenstruktur hinsichtlich einer Reduktion der Schubspannungsverteilung oberhalb der bewegten Wand zu beurteilen. Die Ergebnisse werden durch die in Teilprojekt 1 durchgeführten experimentellen Untersuchungen ergänzt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1779: Aktive Widerstandsreduktion durch wellenförmige Oberflächenoszillation
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Meinke