A Chimera simulation method and Detached Eddy Simulation for vortex-airfoil interactions

Eine Chimera Simulationsmethode und Detached Eddy Simulation für Wirbel-Tragflügel-Interaktionen

by Christoph Wolf
Doctoral thesis
Date of Examination:2010-12-20
Date of issue:2011-01-25
Advisor:Prof. Dr. Gert Lube
Referee:Prof. Dr. Gert Lube
Referee:Prof. Dr. Robert Schaback
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2565

 

 

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Abstract

English

The present thesis introduces, verifies and validates a numerical simulation method based on an overset grid (or Chimera) technique that allows to simulate the generation and transport of realistic air vortices and to model a subsequent vortex-airfoil interaction. The simulation method is additionally performed in combination with Detached Eddy Simulation (DES), which is a populur nonzonal hybrid RANS/LES turbulence model. The principle of DES is to compute attached boundary layers in RANS-mode and switch to LES further away from the wall of a solid body. Several testcases of varying complexity using the Chimera approach, DES and the combination of both have been performed in the framework of the DLR TAU-Code, which is a solver for compressible flow. Overall, the approach is shown to be a powerful and robust numerical tool to predict the stall behaviour of an airfoil caused by vortex-airfoil interaction.
Keywords: Chimera; overset grids; DES; vortex transport; TAU

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Die vorliegende Arbeit präsentiert, verifiziert und validiert eine numerische Simulationsmethode basierend auf einer überlappenden Gitter-(oder ''Chimera''-) Technik, die eine Simulation der Generierung und des Transports von realistischen Luftwirbeln gefolgt von einer anschließenden Wirbel-Tragflügel-Interaktion ermöglicht. Zusätzlich wird die Simulationsmethode in Verbindung mit Detached Eddy Simulation (DES) benutzt. DES ist hierbei ein populäres nichtzonales hybrides RANS/LES Turbulenzmodell, bei dem die anliegende Grenzschicht im RANS-Modus behandelt wird, wohingegen das Modell weiter entfernt von der Wand eines Festkörpers zu LES umschaltet. Es werden mehrere Testfälle variierender Komplexität präsentiert, wobei die Chimera-Technik, DES oder beide gemeinsam verwendet wurden. Alle Simulationen wurden im DLR TAU-Code durchgeführt, der ein Strömungslöser für kompressible Strömungen darstellt. Insgesamt wird gezeigt, dass die Simulationsmethode ein mächtiges und zuverlässiges numerisches Werkzeug ist, mit dessen Hilfe man das Überziehen von Flugzeugen aufgrund von Wirbel-Tragflügel-Interaktionen simulieren kann.
Schlagwörter: Chimera; überlappende Gitter; DES; Wirbeltransport; TAU
 
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