Willkommen am Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik

Numerical modeling, simulation and experimental analysis of fluids and fluid flows

The focus of the Institute of Aerodynamics and Fluid Mechanics in 2016-17 was on further development of a multi-resolution parallel simulation environment for the NANOSHOCK project, on reduced-order modeling of fluid-structure interaction, on the analysis of advanced aerodynamic configurations for helicopter, aircraft and automobiles, and on advanced simulation and gridding technologies for exterior and interior aerodynamics.

A highlight in 2016-17 was the successful operation start of the large shock-tube  facility, and the kick-off of 2 interdisciplinary DFG projects with the Institutes IWB and FZG, where the Institute brings in its expertise on advanced flow-simulation methodology. Dr. Lin Fu, graduating from the Institute in 2017, received a Postdoctoral Fellowship of Stanford University,   and M.Sc. Thomas Paula received the Willy Messerschmitt award for his Master Thesis by the German Association for Aero- and Astronautics. Last but not least, from the NANOSHOCK project the first CFD code spin-off was opened for perusal by the scientific community: www.aer.mw.tum.de/abteilungen/nanoshock/news/.

Experimentelle und numerische Untersuchung von blasenbildenden Zwei-Phasen-Strömungen und durch Kavitation bedingte Erosion

Stoßrohr am AER: Länge: 24 Meter, Durchmesser: 0,3 Meter, Drücke von 1 Pa bis 50 Bar

Motivation und Ziele

Die Bildung von Dampfblasen in einer Flüssigkeit verursacht durch eine hinreichende Druckminderung nennt man „Kavitation“. Strömungen mit Kavitation weisen eine Reihe von einzigartigen physikalischen Eigenschaften auf: So z.B. unstetige Sprünge in der Schallgeschwindigkeit von O(1000) m/s zu O(1) m/s, eine sprunghafte Dichteänderung von bis zu 4 Größenordnungen, intensive Kompressibilitätseffekte wie z.B. die Bildung starker Schockwellen mit Nachstoßdrücken von mehr als 1 GPa. Kavitierende Strömungen sind für eine große Bandbreite technischer Systeme relevant. Insbesondere sind Einspritzsysteme >> mehr lesen


Numerical methods for Computational Fluid Dynamics Physical consistency of high-resolution CFD

Instantaneous contours of temperature (top) of Ma=3 shock impinging on a turbulent boundary layer,and corresponding mean flow (bottom)

Motivation and Objectives

CFD tools in physical or engineering applications never can reach numerical resolution levels where the truncation error of the discretization schemes enters its asymptotic limit. It thus is of high practical relevance to design schemes that have good scale resolution properties whenever numerical resolution is sufficient for relevant flow scales, and whose truncation error functions as physically consistent subgrid-scale model when not. In the past, this research concept has led to the development of the first physically  >> read more


Smoothed Particle Hydrodynamics Methode zur Simulation freier Oberflächenströmungen

Motivation und Ziele

Smoothed particle hydrodynamics (SPH) ist eine Lagrange’sche gitterfreie Methode, die ursprünglich für astrophysikalische Anwendungen entwickelt wurde. Seit diesen Pionierarbeiten wurde die SPH Methode erfolgreich für numerische Simulationen in der Festkörpermechanik, der Fluiddynamik und der Fluidstrukturinteraktion weiterentwickelt. Trotzdem ist die Berechnung von hydrodynamischen Problemen auch heute noch anspruchsvoll, da aktuelle Methoden oft zu gewaltigen Druckschwankungen oder exzessiver Dissipation führen und somit physikalische Phänomene quantitativ nicht richtig abbilden.

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Numerische Modellierung von Phasengrenzflächen - Netzwerken

Zeitliche Entwicklung einer Feinstruktur aus drei Phasen unter vorgegebener Grenzflächendynamik aus konstanten Normalenrichtungen.

Motivation und Ziele

Mehrphasenprobleme mit mehr als zwei nicht-mischbaren Flüssigkeiten können komplexe Feinstrukturen von Phasengrenzen entwickeln. Diese Feinstrukturen bestimmen das makroskopische Verhalten der Fluide und hängen von den jeweiligen Interaktionen der benachbarten Phasen ab. Idealerweise können diese Interaktionen einfach durch lokale Fluideigenschaften beschrieben werden. Aufgrund der komplexen Topologie der Feinstruktur stellt die numerische Modellierung der Interaktion und Bewegung der Phasengrenzen seit langem eine große Herausforderung dar.

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Aircraft and Helicopter Aerodynamics

Windkanalmodell der BLUECOPTER Hubschrauberkonfiguration in der Messstrecke des Windkanals A.

Motivation und Zielsetzung

Die langfristig angelegten Forschungsarbeiten zielen auf die kontinuierliche Verbesserung der Strömungssimulationen und Analysemöglichkeiten im Kontext der Leistungssteigerung und Widerstandsreduzierung bei Flugzeugen und Hubschraubern ab. Spezielle Forschungsaktivitäten sind der verlässlichen Vorhersage zur Entstehung und Ausbildung von Strömungsablösungsphänomenen im Zusammenhang mit wirbeldominierter Strömung und Beeinflussung von Vorderkantenwirbelsystemen zugeordnet.       >> mehr lesen


Modal Decomposition for Vehicle Aerodynamics

Iso-surfaces of the streamwise
velocity component of the most
dominant DMD mode at 9Hz

A new modal decomposition approach is employed for analyzing temporally resolved flow field data from Detached Eddy Simulation (DES) using the Open Source CFD environment OpenFOAM®. Velocity components are temporally filtered with moving average filter before being interpolated to a coarser equidistant mapping mesh. These filtering operations reduce the amount of spurious numerical oscillations in the data to be analyzed and cut off high frequency, low energy content. In order to extract the most dominant flow structures for in depth analysis, an incremental variant of Dynamic Mode Decomposition (DMD) was found to be most useful.  >> read more


Laminar-turbulente Transition mit chemischem (Nicht-) gleichgewicht in hypersonischen Grenzschichtströmungen

Modellierung der Rauigkeit und Machzahlverteilung um die Wiedereintrittskapsel mit aufgebrachtem Rauigkeitsfeld

Motivation

Von Raummissionen zurückkehrende Kapseln, die in die Atmosphäre wiedereintreten, sind extremen Temperaturen und Wärmelasten ausgesetzt, was zur Ablation führen kann. Die ursprünglich glatte Oberfläche wird dadurch zusätzlich aufgeraut, was in einer sonst laminaren Strömung zu Instabilitäten und zu laminar-turbulenter Transition führen kann.  Die dabei auftretenden Wärmelasten können sogar die turbulenten Werte deutlich übersteigen. Dieser sich selbst verstärkende Effekte kann zu einem katastrophalen Versagen des Raumfahrzeugs führen. >> mehr lesen


Unsere aktuelle Forschungsschwerpunkte sind:

  • Aerodynamik unkonventioneller Flugzeugkonfigurationen
  • Aerodynamik von Transportflugzeug- und Hochleistungsflugzeug-Konfigurationen
  • Zukünftige Raumtransportsysteme
  • Mikro- und Nanofluidik
  • Turbulenzmodellierung
  • Kompressible Turbulenz
  • Zweiphasenströmungen
  • Hochgeschwindigkeitsaerodynamik