Numerische Untersuchung der kompressiblen turbulenten asymptotischen Absaugegrenzschicht

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christoph Wenzel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536555758

In der sehr limitierten Menge an kanonischen Testfällen, die für die Grundlagenforschung von Grenzschichten zur Verfügung stehen, stellt der Fall der asymptotischen Absaugegrenzschicht einen einzigartigen Kandidaten dar. Aufgrund des gleichzeitigen Vorhandenseins einer Fernfeld-Randbedingung einer freien Strömung in Verbindung mit einer im zeitlichen Mittel konstanten Grenzschichtdicke kann dieser Fall als direktes Bindeglied zwischen sich räumlich entwickelnden Grenzschichten und Kanalströmungen angesehen werden, auf denen ein großer Teil der durchgeführten Grundlagenforschung beruht. Darüber hinaus stellt der Fall der turbulenten asymptotischen Absaugegrenzschicht (turbulent asymptotic suction boundary layer, TASBL) den einfachsten Fall einer freien Grenzschicht mit Absaugung dar und ist damit der Fall, der die aussagekräftigsten Aussagen über den prinzipiellen Einfluss von Wandtranspiration auf die Struktur einer turbulenten Grenzschicht im Allgemeinen erlaubt. Vor diesem Hintergrund ist es erstaunlich, dass der kompressiblen TASBL in der Vergangenheit (zumindest nach Kenntnis des Autors) keinerlei Aufmerksamkeit geschenkt wurde, da die Möglichkeiten, die dieser Fall bietet, in vielerlei Hinsicht einzigartig sind. Folglich kann es als ein Erfolg der von den Autoren im letzten Jahr durchgeführten Vorarbeiten angesehen werden, mit Hilfe der direkten numerischen Simulation (DNS) nachzuweisen, dass die TASBL, deren Existenz bislang ausschließlich für inkompressiblen Strömungen nachgewiesen wurde, auch im kompressiblen Bereich existiert. Obwohl nur zwei vorläufige DNS auf einem vergleichsweise groben Rechengitter durchgeführt wurden, konnte so ein erstes Verständnis über die wichtigsten Merkmale von kompressiblen TASBLs gewonnen werden. Auf der Grundlage dieses Verständnisses ist es das Hauptziel des vorliegenden Antrags, die kompressible TASBL über einer abgesaugten adiabaten Wand erstmals zu charakterisieren und die Auswirkungen verschiedener Absaugeverhältnisse und Machzahlen zu bewerten. Durch die Untersuchung dieser hochspezialisierten Strömungsklasse sollen zudem grundlegende Fragen sowohl zu elementaren Kompressibilitätskonzepten, der Struktur kompressibler turbulenter Grenzschichten als auch grundlegende Fragen zum Einfluss der Wandtranspiration auf kompressible turbulente Grenzschichten in aussagekräftiger Form diskutiert werden. In direkter Ausnutzung des brückenschlagenden Charakters der TASBL werden anschließend die ersten Schritte zur Übertragung der aus der TASBL gezogenen Schlussfolgerungen auf die sich räumlich entwickelnde kompressible turbulente Grenzschicht vollzogen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen