Aerodynamischer Entwurf und Simulation

Aerodynamischer Entwurf und Simulation

Das übergeordnete Ziel beim aerodynamischen Entwurf ist es, die aerodynamischen Eigenschaften eines Produkts gezielt einzustellen. Ein häufiges Ziel ist es, die Effizienz zu verbessern, also den Widerstand zu verringern und/oder den Auftrieb zu erhöhen.

Entwurfstätigkeiten erfordern stets die Fähigkeit, die Eigenschaften effizient vorherzusagen, weshalb sie eng mit Simulationsmethoden und den damit verbundenen Themen (Verifikation, Unsicherheiten) verknüpft sind.

Wir arbeiten mit open-source Strömungslösern (insb. SU2 und OpenFOAM) und mit den CFD-Toolboxen des DLR. Dabei bedienen wir alle Bausteine, von der Modellvoreitung (CAD), Vernetzung, Pre-Processing, Rechnungssteuerung bis hin zum Post-Processing, Analyse und Data-Mining.

LES-Simulation eines Profiles mit einem Zackenband zur Transitionsfixierung
Bei kleinen Reynoldszahlen bilden Profile eine laminare Ablöseblase, die meist einen großen Widerstand erzeugt. Durch ein Zackenband kann Turbulenz in der Grenzschicht erzeugt werden, so kann die laminare Ablösung verhindert werden. Die Dicke des Zackenbandes muss richtig gewählt werden, denn ein zu dickes Band erzeugt selbst einen großen Widerstand. Um diese genauer beschreiben zu können, müssen die Details beim erzwungenen laminar-turbulenten Übergang verstanden werden.
Adjoint Elbow
Die Optimierung von Strömungskörpern ist in der Regel wegen der extrem großen Menge an Freiheitsgraden sehr aufwändig. Adjungierte Methoden bieten einen Ansatz zu einer sehr effizienten Optimierung. In diesem Falle wurde der Druckverlust eines 90° Rohrbogens durch numerische Lösung der adjungierten Gleichungen minimiert.
DES-Simulation airbag inflator
Visualisierung des Strömungsfeldes im Umfeld einer Airbag-Kaltgaspatrone unmittelbar nach der Zündung. Das mit Überschall ausströmende Helium bildet einen sog. "barrel-shock", der stark instationär ist. Der Aufbau der vollen Strömung dauert etwa 0,5 Millisekunden.

Ausgewählte Veröffentlichungen

ZHANG, J., FOHLMEISTER, L., SCHOLZ, P., Large-Eddy Simulation of Boundary-Layer Transition over a Zigzag Trip. AIAA Journal (2023). https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.J062237

SCHNORR, E., SCHOLZ, P., RADESPIEL, R. A method to quantify the supersonic discharge of airbag cold gas inflators. Experiments in Fluids 63, 177 (2022). https://doi.org/10.1007/s00348-022-03521-7 (OpenAccess)

SCHOLZ, P., FRANCOIS, D.G., HAUBOLD, S., SHAOWEI, S., EILTS, P., WM-LES Simulation of a generic intake port geometry, SAE Journal of Engines, Vol. 11, Nr. 3, 2018, doi: 10.4271/03-11-03-0023

PLACZEK, R., SCHOLZ, P., Flow Field Analysis of a Detailed Road Vehicle Model based on Numerical Data, In: Dillmann, A. et al. (Eds), Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design X, Volume 132, S. 433-442, 2016, doi: 10.1007/978-3-319-27279-5

MAHMOOD, S., SCHOLZ, P., RADESPIEL, R., Numerical Design of Leading Edge Flow Control over Swept High-Lift Airfoil, Aerotecnica Missili & Spazio, The Journal of Aerospace Science, Technology and Systems, Vol. 92, No. 1/2, 2013