Folie 1 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Untersuchung des Einflusses der Deformation und des Turbulenzmodells auf Simulationsergebnisse am Beispiel der

Folie 1HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011

Untersuchung des Einflusses der Deformation und des Turbulenzmodells auf Simulationsergebnisse

am Beispiel der HiReTT-Konfiguration

Bernhard Eisfeld, Frank Spiering

STAB-Workshop, 09./10.11.2011


Übersicht

Einleitung

Vorgehen

Ergebnisse

Jig-Shape

Gekoppelte Rechnungen

Zusammenfassung


Übersicht

Einleitung

Vorgehen

Ergebnisse

Jig-Shape


Zusammenfassung


Einleitung

Simulation im Grenzbereich

Probleme:

Ablösung Turbulenzmodellierung

Verformung Kopplung mit Strukturmechanik

Fragestellung

Einfluss der Effekte?


Einleitung

HiReTT-Konfiguration

EU-Projekt HiReTT (2000-2003)

Thema: Einfluss hoher Reynolds-Zahlen

Messungen im ETW (Ma = 0.85, Re = 32.5e6)

Ergebnis: Modell verformt sich

EU-Project ATAAC (2009-2012)

Thema: Höherwertige Turbulenzmodellierung

Testfall HiReTT

Unbefriedigende Ergebnisse für starre Geometrie („C3“)

Keine Verbesserung durch Kopplung mit vereinfachtem Strukturmodell

Jetzt

Kopplung mit FEM-Modell

Verschiedene Turbulenzmodelle


Übersicht

Einleitung

Vorgehen

Ergebnisse

Jig-Shape


Zusammenfassung


Vorgehen

ReferenzrechnungenJig-Shape (nominale Geometrie)Starre GeometrieSolar-Netz von Airbus („Best Practice“):

Hexaeder am Körper5.1e6 Punkte

Erster Wandabstand y1+ ≈ 0.5

VergleichsrechnungenFEM-Modell von Airbus (3.8e5 Freiheitsgrade)Iterative Kopplung bis zum GleichgewichtNetz wird nachgeführt

TurbulenzmodelleSAO, Menter SST, SSG/LRR-


ProzessketteCFD-Löser: DLR TAU CodeTransfer der Lasten CSM-Löser: NASTRANTransfer der VerschiebungenDeformation des CFD-Volumennetzes

Alle Komponenten bis auf CSM-Löser in TAU-Python-Umgebung integriert

Steuerung der Prozesskette durchPython-Skript

CFD

CFD → CSM

CSM → CFD

CSM

Grid deformation

Start

FxyzCFD,k

DxyzCFD,k

DxyzCSM,k

FxyzCSM,k

GridCFD,k

k=k+1

converged?

End

Vorgehen


FCSM

MCSM

FCFD

InterpolationsverfahrenSuche nächster benachbarter Punkte

Zu jedem CFD-Punkt wird der nächste CSM Punkt gesuchtLast des CFD-Punktes wird übertragenZusätzliches Moment durch Verschiebung der Kraft

Für CSM-Netz ohne Konnektivitäts-informationen geeignet

Konservativ bezüglich Kräfte und Momente

Verschiebungen:Nutzung Radialer Basisfunktionen

Verringerung der OberflächenpunktzahlÜbertragung auf Volumen

CSM-Netz

CFD-Netz

FCFD

Vorgehen


Übersicht

Einleitung

Vorgehen

Ergebnisse

Jig-Shape


Zusammenfassung


Ergebnisse: Jig-Shape

Auftriebskurve

S-Form qualitativ korrekt

CL überschätzt

(keine Entlastung durchDeformation)

Turbulenzmodelle:

Unterschied mäßig (v.a. SAO)

Nur bei großem (Ablösung)



Druckverteilungen bei 4

Übereinstimmung nahe Flügelwurzel gut

Ab Flügelmitte große Abweichungen, v.a. auf Oberseite

Fast kein Einfluss des Turbulenzmodells




Übereinstimung bis Flügelmitte gut

Nach außen zunehmende Abweichungen auf Oberseite

Einfluss des Turbulenzmodells gering




Übereinstimmung bis 70% Spannweite gut

Abweichungen nur nahe Flügelspitze

Einfluss des Turbulenzmodells gering



Beobachtung

wächst Auftrieb wächst Verformung wächst

Wachsende Geometrieabweichung Bessere Übereinstimmung in Cp

Erklärung

Fehlerkompensation:

Starre Geometrie höher belastet Stoßindizierte Ablösung Vorverlagerung des Stoßes

Großes : Stoß-Grenzschicht-Wechselwirkung bei Jig-Shape ≈ Effekt durch Deformation

Warnung

Übereinstimmung ist zufällig

Keine Rückschlüsse auf Turbulenzmodellierung ziehen!



4

8

12

Reibungslinien Ablösung nimmt mit zu, Unterschiede im Detail


Übersicht

Einleitung

Vorgehen

Ergebnisse

Jig-Shape


Zusammenfassung


Ergebnisse: Gekoppelte Rechnungen

Auftriebskurve

Kopplung mit Struktur:

Sehr gute Übereinstimmung von CL mit Experiment

Deutliche Verbesserung gegenüber Jig-Shape

Turbulenzmodelle:Unterschiede noch geringer




Übereinstimmung überall gut


Fast kein Einfluss des Turbulenzmodells





Übereinstimmung überall gut


Kleiner Einfluss des Turbulenzmodells





Übereinstimmung bis Flügelmitte gut

Große Abweichungen im Außenflügel

Keine Verbesserung gegenüber Jig-Shape

Kleiner Einfluss des Turbulenzmodells



Reibungslinien Ablösung + Unterschiede verringert

4

8

12



Beobachtung

Saugseite: -Cp zu klein

Druckseite: -Cp zu groß

Stoß zu weit stromab

Vermutung

Deformation wird überschätzt

Flügel dreht außen zu stark zu

Ursache unklar


Problem

Unsicherheiten der Strukturmodellierung unbekannt

Rückschluss auf Einfluss der Turbulenzmodellierung nicht möglich


Geometrievergleich: Große Verformung


SSG/LRR-12


Übersicht

Einleitung

Vorgehen

Ergebnisse

Jig-Shape


Zusammenfassung


Zusammenfassung

Vergleichsrechnungen für HiReTTGeometrie: Jig-Shape vs. Kopplung mit StrukturTurbulenzmodellierung: SAO vs. Menter SST vs. SSG/LRR-

ErgebnisseJig-Shape:

Übereinstimmung in Cp besser mit wachsendem Ursache: Fehlerkompensation (stoßinduzierte Ablösung)

Kopplung:Eindeutige Verbesserung nur bis zu mittleren Große Abweichungen bei großem Vermutung: Deformation überschätztUrsache unklar (Turbulenzmodell, Strukturmodell)

Vorsicht bei Interpretation von Ergebnissen mit Strukturdeformation

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Folie 1 HiReTT.Eisfeld.Spiering.STAB-2011 Untersuchung des Einflusses der Deformation und des Turbulenzmodells auf Simulationsergebnisse am Beispiel der