A Supersonic Combustion Ramjet (scramjet) is, at least in theory, an efficient air-breathing propulsion system for sustained hypersonic flight at Mach numbers above approximately M=5. Important design issues for such hypersonic propulsion systems, are the lack of ground based facilities capable of testing a full-sized engine at cruise flight conditions and the absence of general scaling laws for the extrapolation of wind tunnel data to flight configurations. Therefore, there is a strong need for the development and validation of CFD tools to support the design process of scramjet-powered vehicles. The aims of this thesis are, in this context, to assess the applicability of, to further develop, and to validate the DLR TAU flow solver for the CFD analysis of the complete flow-path of a scramjet vehicle. The basis of this validation and of the identification of critical modelling assumptions is the recalculation of a series of wind tunnel tests of the HyShot II generic scramjet configuration that were performed in the High Enthalpy Shock Tunnel Göttingen (HEG) at the German Aerospace Center, DLR. / Staustrahlantriebe, bei denen sich die Strömung im gesamten Triebwerksbereich im Überschall befindet (supersonic combustion ramjets, Scramjets), stellen ein - zumindest theoretisch - effektives Antriebessystem für den Hyperschallflug im Machzahlbereich von M > 5 dar. Die Auslegung und der Entwurf von luftatmenden Hyperschallantrieben sind in der Praxis mit Schwierigkeiten verbunden. Der Einsatz von Bodenversuchsanlagen ist auf kleinskalige Konfigurationen oder einzelne Triebwerkskomponenten begrenzt. Die Ergebnisse von numerischen Strömungssimulationsverfahren sind mit hohen Unsicherheiten behaftet, die ihren Ursprung in der Modellbildung für die komplexen Strömungsphänomene in chemisch reagierenden, kompressiblen und turbulenten Über- und Hyperschallströmungen haben. Weiterhin existieren keine allgemein gültigen Skalierungsgesetze um Aussagen aus Windkanalexperimenten auf Flugkonfigurationen zu übertragen.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in diesem Zusammenhang mit der Erweiterung des DLRStrömungslösers TAU für die Berechnung von Überschallverbrennungsphänomenen in Scramjets sowie mit der Anwendung des Verfahrens für die numerische Analyse von Windkanalexperimenten, die im Hochenthalpiekanal Göttingen (HEG) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zur Untersuchung der generischen HyShot II Scramjet-Konfiguration durchgeführt wurden. Die wichtigsten Ziele waren die genaue Charakterisierung der freien Anströmung im Windkanal, der Nachweis der Anwendbarkeit des verwendeten Rechenverfahrens und die Analyse des Einflusses verschiedener numerischer Modellierungsansätze für die Strömungssimulation in Scramjets sowie die Nutzung der numerischen Daten für eine verbesserte Interpretation der experimentellen Ergebnisse.

Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurde das zeitabhängige Strömungsfeld in einem Seitenkanalverdicher unter Verwendung der reynoldsgemittelten Navier-Stokes-Gleichungen für mehrere Kennlinienpunkte numerisch berechnet und mit den Ergebnissen bereits vorhandener Messungen verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass es mit Hilfe des zeitabhängigen Berechnungsverfahrens möglich ist, die Kennlinie eines Seitenkanalverdichters (Massestrom als Funktion der Druckdifferenz) mit guter Genauigkeit zu berechnen. Hierbei zeigte sich, dass die Berechnungsergebnisse stark von der Wahl des verwendeten Turbulenzmodells abhängen. Weiterhin konnten tieffrequente Strömungszustände, die von akustischen Messungen her bekannt waren, in den Ergebnissen der Berechungen nachgewiesen werden.

In der vorliegenden Arbeit wurden 3D-Strömungszustände und die Bewegung an der Badoberfläche in Abhängigkeit von den Betriebsparametern mit der LDA-Methode im 1:2 Modell einer Stranggießkokille mit Fr-Zahl als Ähnlichkeitskriterium untersucht. Auf Basis der Messdaten wurde der obere Kokillenbereich in 7 Teilräumen stromabwärts unterteilt. Der Verlauf der Freistrahlausbreitung wurde durch eine Exponentialfunktion beschrieben. Nahe am Tauchrohraustritt wurde das Medium sowohl in den austretenden Strahl als auch in das Tauchrohr hinein eingesaugt. Die Frequenz und die Amplitude der Oberflächenschwankungen wurden nach der Leitfähigkeitsmethode gemessen. Dort dominierten drei Frequenzbereiche. In der Strömungsgeschwindigkeit beim Austritt des turbulenten Freistrahles wurden auch entsprechende nieder- und hochfrequente Anteile gemessen. Die Badoberflächenschwankungen wurden an vier Positionen gleichzeitig bestimmt. Mit steigender Fr-Zahl nahm der Mittelwert der Badoberflächenschwankung zu. Zwischen den Fr-Zahlen und den normierten Amplituden der Badoberflächenschwankungen (Mittelwert der Amplitude / hydraulischer Durchmesser der Tauchrohraustrittsfläche), konnte ein linearer Zusammenhang festgestellt werden. Die numerischen Ergebnisse (Fluent), die mit unterschiedlich definierten Randbedingungen des Strahlaustrittes berechnet wurden, ergaben eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen, wenn die Randbedingungen am Tauchrohraustritt auf experimentellen Messdaten basierten. Liegen diese Messdaten nicht vor, dann kann das Ergebnis einer numerischen Untersuchung verbessert werden, indem die stromaufwärts liegenden Systemteile in die Rechensimulation einbezogen werden.

Die Arbeit behandelt ausgewählte Aspekte der Ausbildung strömungsinduzierter Orientierungen und deren Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften in spritzgegossenen LCP-Formteilen. Es werden die Grundlagen zum rheologischen Verhalten von LCP, zum Füllvorgang und zur Orientierungsausbildung beim Spritzgießen sowie zu den Methoden der Orientierungsuntersuchung zusammengefaßt. Rheologische Untersuchungen werden aus der Sicht der praktischen Kennwertermittlung durchgeführt. Dabei wird die Abhängigkeit der Viskosität von der Düsenlänge und von der thermo-rheologischen Vorgeschichte analysiert sowie eine Viskosimeter-Vorrichtung für die Spritzgießmaschine vorgestellt und erprobt. Die umfangreiche Analyse verarbeitungsinduzierter Formteileigenschaften behandelt schwerpunktmäßig Orientierungsphänomene in der Wanddickenrichtung. Die Orientierungseffekte werden durch Grauwertmessungen erfaßt. Ein Meßaufbau mit einer kalibrierten Mikroskop-Digitalkamera-Kombination ermöglicht die reproduzierbare, effektive Messung der Grauwerte in hoher Ortsauflösung und damit eine über die bisher bekannten qualitativen Vergleiche hinausgehende quantitative Auswertung. Anhand der Grauwertverläufe wird der Einfluss technologischer und konstruktiver Parameter auf die Orientierungsstruktur dargelegt und mit Ergebnissen der Computersimulation verglichen. Durch parallele Messung anisotroper mechanischer Kennwerte und Orientierungsmerkmale werden richtungsabhängige Struktur-Eigenschafts-Beziehungen bestimmt.

Vortrag über die Vorteile konstruktionsbegleitender Wärmesimulation direkt durch den Konstrukteur am nativen CAD-System. Die Elinter AG als Spezialist für Wärmesimulationen und Strömungssimulationen empfiehlt FloEFD zusammen mit Pro/ENGINEER Wildfire. Schnelle thermische Bewertung von Konstruktionsvorschlägen und Designvarianten direkt durch den Konstrukteur. Die frühzeitige Wärmesimulation bzw. Strömungssimulation direkt im Desginprozess ist mit minimalem Aufwand möglich. Simulationen mit den nativen CAD Daten direkt und assoziativ in Pro/ENGINEER Wildfire geben den entscheidenden Zeitvorteil und machen thermische Betrachtungen innerhalb weniger Minuten möglich. So können neue Konzepte oder Geräte von Anfang an auf optimale Leistung bei niedrigsten Kosten ausgelegt werden. Teure Überraschungen bei Prototypen oder im Werkzeugbau werden vermieden. Mit frühzeitigen Simulationen bauen Sie ein tiefes Verständnis über Ihr eigenes Produkt auf und sichern den Vorsprung gegenüber von Mitbewerbern. FloEFD ist speziell für die Anforderungen in der frühen Produktentwicklung konzipiert und erlaubt Konstrukteuren schnelle und sichere Aussagen über ihre Konstruktion auch wenn sie sich bisher nicht oder nur sporadisch mit Strömung und Wärme befassen. FloEFD rechnet Wärme, Strahlung, Konvektion, Wärmeleitung, Erwärmung durch elektrischen Strom, Strömung von Gasen und Flüssigkeiten und sogar mechanische Verformungen aufgrund ungleichmässiger Temperaturverteilungen und Druckverteilungen. FloEFD ist vollständig in Pro/ENGINEER Wildfire integriert und verfügt zudem über eine Anbindung an Pro/Mechanica. Mehr Iterationen in kürzerer Zeit bei niedrigeren Kosten. FloEFD/Pro machts möglich. Tryout bei <a href="http://www.elinter.ch">www.elinter.ch</a> oder email an <a href="mailto:sven.klett@elinter.ch">sven.klett@elinter.ch</a>

Immer mehr Anwenderprogramme werden zum täglich genutzten Werkzeug des Ingenieurs zur Lösung vielfältiger Problemstellungen. Viele Aufgaben sind ohne die Computertechnik nicht mehr lösbar. Simulationen mit ein-, zwei- und allmählich zunehmend dreidimensionalen Programmen ermöglichen heute schon eine Komplexität der Betrachtung, die es ohne diese Programme nicht gäbe. Am Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik der TU Dresden werden daher verschiedene Praktika und Belege in Verbindung mit physikalischen Modellversuchen in die studentische Ausbildung integriert.

Simulation zur Beschleunigung der Produktentwicklung

Vortrag über die Vorteile konstruktionsbegleitender Wärmesimulation direkt durch den Konstrukteur am nativen CAD-System. Die Elinter AG als Spezialist für Wärmesimulationen und Strömungssimulationen empfiehlt FloEFD zusammen mit Pro/ENGINEER Wildfire. Schnelle thermische Bewertung von Konstruktionsvorschlägen und Designvarianten direkt durch den Konstrukteur. Die frühzeitige Wärmesimulation bzw. Strömungssimulation direkt im Desginprozess ist mit minimalem Aufwand möglich. Simulationen mit den nativen CAD Daten direkt und assoziativ in Pro/ENGINEER Wildfire geben den entscheidenden Zeitvorteil und machen thermische Betrachtungen innerhalb weniger Minuten möglich. So können neue Konzepte oder Geräte von Anfang an auf optimale Leistung bei niedrigsten Kosten ausgelegt werden. Teure Überraschungen bei Prototypen oder im Werkzeugbau werden vermieden. Mit frühzeitigen Simulationen bauen Sie ein tiefes Verständnis über Ihr eigenes Produkt auf und sichern den Vorsprung gegenüber von Mitbewerbern. FloEFD ist speziell für die Anforderungen in der frühen Produktentwicklung konzipiert und erlaubt Konstrukteuren schnelle und sichere Aussagen über ihre Konstruktion auch wenn sie sich bisher nicht oder nur sporadisch mit Strömung und Wärme befassen. FloEFD rechnet Wärme, Strahlung, Konvektion, Wärmeleitung, Erwärmung durch elektrischen Strom, Strömung von Gasen und Flüssigkeiten und sogar mechanische Verformungen aufgrund ungleichmässiger Temperaturverteilungen und Druckverteilungen. FloEFD ist vollständig in Pro/ENGINEER Wildfire integriert und verfügt zudem über eine Anbindung an Pro/Mechanica. Mehr Iterationen in kürzerer Zeit bei niedrigeren Kosten. FloEFD/Pro machts möglich. Tryout bei <a href="http://www.elinter.ch">www.elinter.ch</a> oder email an <a href="mailto:sven.klett@elinter.ch">sven.klett@elinter.ch</a>

Durch die enge Verknüpfung von Konstruktion, Berechnung und Versuch in Verbindung mit einem mathematischen Ersatzmodell ist es möglich den optimalen Einlasskanal für einen bestimmten Zylinderkopf zu entwerfen.

Immer mehr Anwenderprogramme werden zum täglich genutzten Werkzeug des Ingenieurs zur Lösung vielfältiger Problemstellungen. Viele Aufgaben sind ohne die Computertechnik nicht mehr lösbar. Simulationen mit ein-, zwei- und allmählich zunehmend dreidimensionalen Programmen ermöglichen heute schon eine Komplexität der Betrachtung, die es ohne diese Programme nicht gäbe. Am Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik der TU Dresden werden daher verschiedene Praktika und Belege in Verbindung mit physikalischen Modellversuchen in die studentische Ausbildung integriert.