High-order accurate direct numerical simulation of flow over a MTU-T161 low pressure turbine blade
High-order accurate direct numerical simulation of flow over a MTU-T161 low pressure turbine blade
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MTU-T161 低压涡轮叶片流动的高阶精确直接数值模拟
DOI：
10.1016/j.compfluid.2021.104989
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发表时间：
2021
影响因子：
2.8
通讯作者：
Iyer A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Iyer A
雷诺平均纳维尔-斯托克斯（RANS）模拟和风洞测试已成为低压涡轮机（LPT）叶片工业设计的首选工具。然而，也有一个新兴的兴趣，在使用尺度分辨模拟，包括直接数值模拟（DNS）。这些可以产生洞察力和数据，以支持为LPT设计开发改进的RANS模型。此外，它们可以支持虚拟LPT风洞能力，这比实验更便宜，更快，数据更丰富。目前的研究应用PyFR，基于Python的计算流体动力学（CFD）求解器，在雷诺数为200，000的非结构化网格上，每个方程具有超过110亿个自由度，在具有发散端壁的三维MTU-T161 LPT叶片上进行可压缩流的五阶精确千万亿次DNS。各种流量指标，包括等熵马赫数分布在跨中，表面剪切，和尾流压力损失与现有的实验数据进行了比较，发现是一致的。随后，更详细地分析了各种流动特征。这些包括叶片吸力侧和压力侧的分离/过渡过程、端壁涡流以及各个展向位置的尾流演变。这些结果构成了有史以来规模最大、保真度最高的CFD模拟之一，证明了高阶精确GPU加速CFD作为LPT叶片工业DNS工具的潜力。
Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations and wind tunnel testing have become the go-to tools for industrial design of Low-Pressure Turbine (LPT) blades. However, there is also an emerging interest in use of scale-resolving simulations, including Direct Numerical Simulations (DNS). These could generate insight and data to underpin development of improved RANS models for LPT design. Additionally, they could underpin a virtual LPT wind tunnel capability, that is cheaper, quicker, and more data-rich than experiments. The current study applies PyFR, a Python based Computational Fluid Dynamics (CFD) solver, to fifth-order accurate petascale DNS of compressible flow over a three-dimensional MTU-T161 LPT blade with diverging end walls at a Reynolds number of 200,000 on an unstructured mesh with over 11 billion degrees-of-freedom per equation. Various flow metrics, including isentropic Mach number distribution at mid-span, surface shear, and wake pressure losses are compared with available experimental data and found to be in agreement. Subsequently, a more detailed analysis of various flow features is presented. These include the separation/transition processes on both the suction and pressure sides of the blade, end-wall vortices, and wake evolution at various span-wise locations. The results, which constitute one of the largest and highest-fidelity CFD simulations ever conducted, demonstrate the potential of high-order accurate GPU-accelerated CFD as a tool for delivering industrial DNS of LPT blades.
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湍流尺度对低压涡轮空气动力学的影响：A 部分 - 优化的湍流边界条件
DOI：
--
发表时间：
2018
期刊：
Turbomachinery
影响因子：
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作者：
Christoph Müller;Florian Herbst
通讯作者：
Florian Herbst
DOI：
10.1115/2001-gt-0311
发表时间：
2001-06
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
P. Stadtmüller;L. Fottner
通讯作者：
P. Stadtmüller;L. Fottner
影响因子：
1.7
作者：
J. Gier;M. Franke;N. Hübner;T. Schröder
通讯作者：
J. Gier;M. Franke;N. Hübner;T. Schröder
DOI：
10.1002/nme.2579
发表时间：
2009-09-10
影响因子：
2.9
作者：
Geuzaine, Christophe;Remacle, Jean-Francois
通讯作者：
Remacle, Jean-Francois
基于直接数值模拟的低压涡轮叶栅 RANS 预测分析
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1.7
作者：
Müller-Schindewolffs;Herbst F.
通讯作者：
Herbst F.