Numerische Untersuchungen zur Reduktion des turbulenten Reibungswiderstands durch aktiv und passiv oszillierende Wandstrukturen

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Die Reduktion des turbulenten Reibungswiderstands ist entscheidend für die Energieeffizienz von Strömungsmaschinen und Transportsystemen. Diese Arbeit kombiniert passive Riblet-Strukturen mit oszillierender Anregung, um die Widerstandsreduktion zu steigern. Die oszillierende Anregung basiert auf dem Verfahren der oszillierenden Wand, das bei hohem Energieeinsatz signifikante Widerstandsreduktionen erzielt. Durch Direkte Numerische Simulationen werden eine aktive und zwei passive Kombinationsarten untersucht. Zunächst wird durch oszillierend kippende Lamellen aktiv eine Querschwingung des Fluides angeregt. Die Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Steigerung der Widerstandsreduktion im Vergleich zu unbewegten Riblet-Strukturen. Bei passiv kippenden Lamellen wurde eine vollständige Kopplung zur Fluid-Struktur-Interaktion implementiert, jedoch konnte keine über die unbeeinflusste Riblet-Struktur hinausgehende Widerstandsreduktion festgestellt werden. Als letzte passive Methode folgen wellenförmige Riblet-Strukturen der Strömung und regen eine Oszillation an. Trotz umfangreicher Untersuchungen der Amplituden- und Wellenlängenvariationen wurde keine zusätzliche Widerstandsreduktion gefunden. Es zeigte sich jedoch, dass Druck- und Reibungskräfte gut mit dem Verhältnis von Amplitude zu Wellenlänge skalieren, was die Möglichkeit eröffnet, die gewünschte Anregung über die Wellenform festzulegen.