Anmerkungen:
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Beschreibung:
Labyrinthdichtungen werden in Turbomaschinen eingesetzt, um Bereiche hohen Druckes von Bereichen geringeren Druckes aerodynamisch zu trennen. Deren korrekte Vorhersage mit numerischen Modellen im Rahmen von industriellen Auslegungsprozessen ist aus Sicht der Aerodynamik, der Thermodynamik, der Aeroakustik und der Aeroelastik von Bedeutung. In industriellen Auslegungsketten wird der Einfluss von Turbulenz auf die zeitlich gemittelte Strömung (RANS-Ansatz) durch Wirbelviskositätsmodelle approximiert, die aufgrund der getroffenen Annahmen zu Modellierungsfehlern führen. Eine genauere Vorhersage turbulenter Strömungen liefern Grobstruktursimulationen (LES), bei denen die kleinen und dissipativen Skalen der Turbulenz modelliert werden und die daher numerisch ressourcenschonender sind als eine direkte numerische Simulation (DNS). Die Anforderungen an die räumliche Diskretisierung des Rechengebietes für LES von Labyrinthdichtungen sind allerdings a priori noch nicht bekannt. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Messdaten eines rotierenden Labyrinthprüfstandes (RLP) zur Validierung von RANS- und LES-Modellen verwendet. Es wurde gezeigt, dass mit dem k-Omega-Turbulenzmodell zusammen mit einem Produktionslimiter für k eine exakte Vorhersage des Dichtungsbeiwertes möglich ist. Alle getesteten Wirbelviskositätsmodelle führen jedoch zu einer bis zu 50% falschen Vorhersage der Wirbelsysteme in den Kavitäten der Labyrinthdichtung und zu bis zu 2000 Pa falschen Vorhersagen der statischen Drücke. Die Defizite der Wirbelviskositätsmodelle führen zu einer bis zu 50% falschen Vorhersage der Größe von Ablösungen und Rückströmungen, einer falschen Vorhersage der Ausmischung des Leckagejets und zu einer 15 - 50% falschen Vorhersage der Schleppwirkung des rotierenden Deckbandes. Die LES verifiziert diese Defizite und leistet in allen zuvor genannten Punkten eine hinreichend genaue Vorhersage. Hierfür ist eine räumliche Diskretisierung erforderlich, die im Bereich des rotierenden Deckbandes mit dimensionslosen x+ = z+ < 10 ...