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Hintergrund und Anwendung von Turbulenzmodellen in typischen CFD Anwendungsszenarien

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Die große Mehrzahl praktisch relevanter Strömungen ist turbulent. Um das Verhalten solcher Strömungen mit der im industriellen Einsatz geforderten Genauigkeit simulieren zu können, sind Kenntnisse über deren Modellierung und über die Umsetzung der Modelle in Simulationsverfahren notwendig. Das Seminar vermittelt die Grundlagen der Turbulenzmodellierung und zeigt den Einsatz der Modelle an praktischen Beispielen.

ZIELGRUPPE

Das Seminar richtet sich an Projektleiter, Entwicklungs- und Simulationsingenieure sowie an Forscher, die in ihrer Tätigkeit mit turbulenten Strömungen zu tun haben und diese genau berechnen wollen.

IHR NUTZEN

  • Sie lernen die mathematische Beschreibung turbulenter Strömungen kennen
  • Sie können das Kosten-Nutzen-Verhältnis verschiedener Turbulenzmodelle abschätzen.
  • Sie haben den praktischen Einsatz von Turbulenzmodellen in einer CFD-Simulationssoftware geübt
  • Sie wissen, worauf Sie bei der Auswertung von Ergebnissen achten müssen und können aussagekräftige Schlüsse aus Ihren Simulationen ziehen
  • Sie können die Plausibilität von Ergebnissen der Berechnung turbulenter Strömungen bewerten

Agenda

Tag 1

M1: Mathematische Beschreibung turbulenter Strömungen

  • Definition turbulenter Strömungen
  • Technische Relevanz
  • Simulationsansätze
  • Statistische Behandlung turbulenter Strömungen
  • Erhaltungsgleichungen für statistisch gemittelte Größen
  • Schließungsproblem der Turbulenz

M2: Einführung in die Turbulenzmodellierung

  • Parametrisierung der Turbulenz
  • Klassifikation von Turbulenzmodellen
  • Wirbelviskositätshypothese
  • Turbulente kinetische Energie – Gleichung & Modellierung

M3: Zweigleichungs-Turbulenzmodelle

  • ​Längenmaßvariablen
  • Modellübersicht – k-ε-, k-ω-, SST-Modelle
  • Vor- und Nachteile der Modelle & Modellempfehlung
  • Übung: Wandgrenzschicht mit Ablösung

M4: Wandnahe Strömungen & Wandfunktionen

  • ​Erhaltungsgleichungen in Wandnähe
  • Geschwindigkeits- und Temperaturprofile
  • Profile der Turbulenzgrößen
  • Lineare & logarithmische Wandfunktionen
  • „High-Re“- und „Low-Re“-Turbulenzmodelle
  • Übung: Strömung über rückwärts springende Stufe

Tag 2

M5: Wärme- und Stoffübergang

  • ​Statistisch gemittelte Energie-, Temperatur- und Konzentrationsgleichungen
  • Wirbeldiffusivitätsansatz
  • Wandwärmeübergang
  • Übung: Rohrerweiterung mit Wärmeübergang
    Übung: Prallstrahl

M6: Rand- und Anfangsbedingungen bei der Berechnung turbulenter Strömungen

  • ​Definition von Turbulenzgrad & Wirbelviskositätsverhältnis
  • Eintrittsrandbedingungen – Grenzschichten, Rohr- und Kanalströmungen, ruhende Atmosphäre
  • Randbedingungen – konstante Werte & Profile
  • Anfangsbedingungen & -schätzungen
  • Übung: Einfluss von Randbedingungen

M7: Second Moment Closures – Reynoldsspannungsmodelle

  • ​Anwendungsfälle und -empfehlungen
  • Exakte Gleichungen für Reynoldsspannungen
  • Modellierung der Reynoldsspannungsgleichungen
  • Übung: Drallströmung
  • Übung: Auftriebsströmung

M8: Skalenauflösende Turbulenzmodelle

  • ​Large Eddy Simulationsmodelle (LES, DES)
  • Hybride Turbulenzmodelle
  • Anwendungsempfehlungen
  • Aufsetzen von Rechnungen mit skalenauflösenden Turbulenzmodellen
  • Abschlussdiskussion & Ausblick

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN