ISBN 978-3-8439-0038-6

978-3-8439-0038-6, Reihe Strömungsmechanik

Jens Linn
Numerische Untersuchungen zur Filmkühlung in laminaren Über- und Hyperschallgrenzschichtströmungen

139 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2011), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse zur Filmkühlung von Körperoberflächen bei diskretem Kühlgaseinblasen durch Schlitze und Löcher aus der Körperoberfläche in laminare Über- und Hyperschallgrenzschichtenströmungen untersucht. Die Untersuchungen wurden mittels der direkten numerischen Simulation (DNS) auf der Basis der dreidimensionalen kompressiblen instationären Navier-Stokes-Gleichungen durchgeführt. Als Grundströmung wurde eine ebene laminare zweidimsionale Plattengrenzschicht ohne Druckgradient gewählt, an der die prinzipiellen Effekte verschiedener Einblasanordnung, -rate, -richtung und Wandtemperaturbedingungen analysiert wurden. Ziel der dabei durchgeführten Simulationen war es, ein besseres Verständnis der physikalischen Mechanismen der Filmkühlung in Über- und Hyperschallgrenzschichten zu erhalten. Die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die Filmkühlung über Löcher geeignet ist, im Über- und Hyperschallbereich einen Beitrag zum Thermalschutz bei Flugkörpern zu leisten. Zur flächigen Filmkühlung können mehrere Einblasreihen hintereinander geschaltet werden, wobei im Hinblick auf eine spannweitig gleichmäßig erreichbare Kühleffektivität kleine Lochdurchmesser und Lochabstände sowie versetzte schräge und gedrehte (doppeltschräge) Lochreihen besonders geeignet sind. Die extreme Form einer solchen Anordnung wäre dabei eine poröse Wand, bei der eine maximale Anzahl von Einblasöffnungen mit minimalem Einblasquerschnitt vorhanden ist. Es sollte daher Untersuchungen mit porösen Materialen durchgeführt werden, da diese, wie verschiedene Untersuchungen am DLR zeigen, für die Filmkühlung von thermisch hochbelasteten Flugkörperoberfläche ein großes Potential aufweisen.