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Grenzschichtströmungen

Wir beschäftigen uns seit vielen Jahren mit Fragestellungen rund um das Thema Grenzschichtströmungen, die bspw. bei der Umströmung von Gasturbinenschaufeln, Fahrzeugen, Tragflächen oder Rotoren von Windkraftanlagen eine große Rolle spielen und für deren Funktion und Effizienz ausschlaggebend sind.

In mehrern aktuellen Drittmittelprojekten sind hier insbesondere die Mechanismen von interesse, die zur Bildung und zum Anwachsen von Turbulenzflecken und damit zum Übergang von einer laminaren in eine turbulente Grenzschicht führen sowie der Einfluss der Turbulenz und bestimmter Oberflächenstrukturen auf die Grenzschicht. Die Arbeiten umfassen experimentelle Untersuchungen in den Windkanälen der Forschungsgruppe sowie Direkte Numerische Simulationen (DNS). Für die experimentellen Untersuchungen werden am ITFD Spezialmesstechniken auf Basis von Heißfilmarrays entwickelt, mit denen die räumliche und zeitliche Ausbreitung der Turbulenzflecken an der Oberfläche genau bestimmt werden kann. 

Mit den gewonnen Erkenntnissen werden neue Berechnungsmodelle entwickelt, mit denen bspw. der Wärmeübergang oder die Reibungsverluste an den entsprechenden Bauteilen sehr genau vorhergesagt werden können. Zur Entwicklung der Modelle kommt der am ITFD entwickelte, modulare Grenzschichtcode BLPro zum Einsatz. Der in Python programmierte Code ist mit einer der weltweit größten und ausführlichsten Testfallsammlungen zu Grenzschichtströmungen verknüpft, so dass neue Modelle schnell getestet und validiert werden können.

Ansprechpartner:
Raphael Bernard, M. Sc. (Windkanäle und Messtechnik)
Philipp Masino, M. Sc. (mathematische Modellierung transitionaler Grenzschichten)
Prof. Dr.-Ing. Matthias Stripf (Grenzschichtrechenverfahren BLPro)
Florian Theobald, M. Sc. (Direkte Numerische Simulationen)

Zugehörige Publikationen
  • Gramespacher C, Stripf M, Bauer H-J (2021): The Influence of Deterministic Surface Roughness and Free-Stream Turbulence on Transitional Boundary Layers : Heat Transfer Distributions and a New Transition Onset Correlation. In: Proceedings of the ASME 2021 Summer Heat Transfer Conference, 16.-18.06.2021, virtual online, https://doi.org/10.1115/HT2021-63504
  • Gramespacher C, Albiez H, Stripf M, Bauer H-J (2021): The Influence of Element Thermal Conductivity, Shape, and Density on Heat Transfer in a Rough Wall Turbulent Boundary Layer with Strong Pressure Gradients. In: Journal of Turbomachinery, 10 pages, https://doi.org/10.1115/1.4050390
    Auch in: Proceedings of the ASME Turbo Expo: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, 21.– 25.09.2020, virtual online.
  • Mayle RE, Stripf M (2021): “I-Spots” and Emmons' Spot Production Rate. In: Journal of Turbomachinery, 143(9), 6 pages, https://doi.org/10.1115/1.4051105
    Auch in: Proceedings of the ASME Turbo Expo: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, 21.– 25.09.2020, virtual online.
  • Theobald F, Schäfer K, Yang J, Frohnapfel B, Stripf M, Forooghi P, Stroh A (2021): Comparison of Different Solvers and Geometry Representation Strategies for DNS of Rough Wall Channel Flow. In: Proceedings of the ECCOMAS Congress 2020 & 14 th WCCM, 11.-15.01.2021, virtual online, https://doi.org/10.23967/wccm-eccomas.2020.089
  • Albiez H, Gramespacher C, Stripf M, and Bauer H-J (2019): High Resolution Measurements of Heat Transfer, Near-Wall Intermittency, and Reynolds-Stresses Along a Flat Plate Boundary Layer Undergoing Bypass Transition. In: Journal of Heat Transfer, 12 pages, https://doi.org/10.1115/1.4045756 
    Auch in: Proceedings of the ASME Turbo Expo: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, Phoenix, AZ.
  • Gramespacher, C, Albiez, H, Stripf, M, and Bauer, H-J (2019): The generation of grid turbulence with continuously adjustable intensity and length scales. In: Experiments in Fluids, Vol. 60, https://doi.org/10.1007/s00348-019-2727-0
  • Forooghi, P, Stripf, M, and Frohnapfel, B (2018): A systematic study of turbulent heat transfer over rough walls. In: International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 127, pp. 1157-1168, https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.08.013
  • Albiez, H, Gramespacher, C, and Stripf, M (2018): Experimentelle Untersuchungen zur laminar-turbulenten Bypass-Transition. In: Forschung aktuell, pp. 38-42.
  • Theobald, F, and Stripf, M. (2018): Direkte Numerische Simulation einer inkompressiblen turbulenten Kanalströmung mit Rauheitselementen und gekoppeltem Wärmeübergang. In: Forschung aktuell, pp. 43-47
  • Kraft, O, and Stripf, M (2017): OptiSorp: Entwicklung von Adsorber-Compounds hoher Leistungsdichte für mobile und stationäre Adsorptionswärmepumpen - Experimentelle Untersuchungen und Entwicklung eines Simulationsmodells. Abschlussbericht zum FHprofUnt-Projekt, https://doi.org/10.2314/GBV:1024755177
  • Albiez, H, and Stripf, M (2017): Development of Transition Models for 3D-CFD in Consideration of Turbulent Length Scales and Surface Roughness : A Sneak Preview on Projekt TRAM3D. NUMECA User Meeting, 25.-26.04.2017, Nürnberg.
  • Boyle, RJ, and Stripf, M (2009): Simplified Approach to Predicting Rough Surface Transition. In: Journal of Turbomachinery, Vol. 131(4), pp. 11, https://doi.org/10.1115/1.3072521
  • Stripf, M, Schulz, A, Bauer, H-J, and Wittig, S (2009): Extended Models for Transitional Rough Wall Boundary Layers with Heat Transfer : Part I: Model Formulations. In: Journal of Turbomachinery, Vol. 131(3), https://doi.org/10.1115/1.2992511
  • Stripf, M, Schulz, A, Bauer, H-J, and Wittig, S (2009): Extended Models for Transitional Rough Wall Boundary Layers with Heat Transfer : Part II: Model Validation and Benchmarking. In: Journal of Turbomachinery, Vol. 131(3), https://doi.org/10.1115/1.2992512
  • Stripf, M, Schulz, A, and Bauer, H-J (2008): Modeling of Rough Wall Boundary Layer Transition and Heat Transfer on Turbine Airfoils. In: Journal of Turbomachinery, Vol. 130(2), https://doi.org/10.1115/1.2750675
  • Lorenz, M, Stripf, M, Schulz, A, and Bauer, H-J (2008): External Heat Transfer Measurements on a Turbine Airfoil in a Linear Cascade. In: Proceedings of the 19th International Symposium on Transport Phenomena, 17.-20.08.2008, Reykjavik.
  • Stripf, M, Schulz, A, and Bauer, H-J (2007): Surface Roughness and Secondary Flow Effects on External Heat Transfer of a HP Turbine Vane. In: Journal of Propulsion and Power, Vol. 23(2), pp. 283-291, https://doi.org/10.2514/1.23062 
  • Stripf, M, Schulz, A, and Wittig, S (2005): Surface Roughness Effects on External Heat Transfer of a HP Turbine Vane. In: Journal of Turbomachinery, Vol. 127, pp. 200-208, https://doi.org/10.1115/1.1811101