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Michael Bergmann

• This thesis presents the development of an efficient framework for scale-resolving simulations of turbomachinery configurations within DLR's CFD solver TRACE, utilizing the high-order Discontinuous Galerkin Spectral Element Method (DGSEM). After the validation on resolved canonical flows, a stabilization technique for under-resolved simulations of turbulent flows based on split formulations of the nonlinear flux terms is introduced and compared to state-of-the-art stabilization methods on large eddy simulations (LES) of canonical flows and a low-pressure turbine cascade. Efficiency-driven comparisons between the high-order DGSEM solver and a state-of-the-art LES approach, based on a second-order Finite Volume scheme, demonstrate superior resolution capabilities and performance improvements. The DGSEM solver is extended to simulate unsteady blade interactions, showcasing promising agreement with experimental data of a low-pressure turbine cascade under periodic wake influence.
• Diese Arbeit stellt die Entwicklung eines effizienten Frameworks für skalenauflösende Simulationen von Turbomaschinenkonfigurationen in dem CFD-Löser TRACE dar. Hauptbestandteil des Frameworks ist die Verwendung der diskontinuierlichen Galerkin Spektralelementmethode (DGSEM). Nach der Validierung an akademischen Testfällen wird eine moderne Stabilisierungstechnik, basierend auf Split-Formulierungen der nichtlinearen Flussterme, für unteraufgelöste Simulationen turbulenter Strömungen vorgestellt und analysiert. Vergleiche zwischen dem DGSEM-Löser höherer Genauigkeitsordnung und einem LES-Ansatz auf Basis eines Finite-Volumen-Schemas zweiter Ordnung zeigen Auflösungs- und Effizienzvorteile des neuen Frameworks. Der DGSEM-Löser wird im Anschluss zur hochgenauen Simulation von instationären Interaktionen von Schaufelreihen erweitert. Dabei zeigen sich vielversprechende Übereinstimmungen mit experimentellen Daten einer Niederdruckturbinenkaskade unter periodischem Einfluss von Nachläufen.