Numerische Strömungsmechanik: Grundgleichungen und Modelle - by Eckart Laurien, Herbert Oertel jr.

By Eckart Laurien, Herbert Oertel jr.

Dieses Lehrbuch behandelt ergänzend zu den Grundlagenwerken der Strömungsmechanik die praktische Anwendung numerischer Methoden in Industrieprojekten. Es werden zunächst die Grundgleichungen der Strömungsmechanik wiederholt und für die Lösung mit numerischen Algorithmen aufgearbeitet. Die Diskretisierung des Strömungsfeldes einschließlich der Netz-Generierung sowie ausgewählte Lösungsverfahren der Finite-Differenzen-, Finite-Volumen und Finite-Elemente-Methoden werden dargestellt. Die Anwendung strömungsmechanischer software program für die Lösung von Industrieproblemen der Kraftfahrzeug-, Energie- und Umwelttechnik, Luft- und Raumfahrt sowie Bio- und Medizintechnik werden eingehend behandelt. Die aktuelle Auflage enthält jetzt völlig neu Anwendungsbeispiele aus dem Bereich der Bioströmungsmechanik.

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Das Strömungsfeld ist räumlich periodisch, die Periodeulänge wurde bei der Simulation vorgegeben. In der Simulation war es nicht notwendig, eine Anfangsstörung vorzugeben, da aufgrund von Umegelmäßigkeiten im numerischen Netz oder aufgrund von Rundungsfehlern auch in der Numerik stets Störungen vorhanden sind, die in diesem Berechnungsbeispiel die Instabilität eingeleitet haben. 5 Turbulenz Strömungen kommen in zwei grundsätzlich unterschiedlichen Erscheinungsformen vor, welche z. B. im Reynoldsschen Farbfadenversuch sichtbar gemacht werden können, siehe Bild 2-7.

Anfangs vorhandene Konzentrationsunterschiede der beiden Gase gleichen sich aus, bis überall eine einheitliche Gaskonzentration vorliegt. In diesem Buch werden nur vollständig durchmischte Fluide behandelt, beispielsweise Luft als ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff. Wenn zwei Stoffe nicht mischbar sind, z. B. 4. u z H u(z) Bild 2-3 Wirkung der Zähigkeit eines Newton' schen Fluids x Entsprechendes gilt für Impulsunterschiede, wie sie beispielsweise in einer Scherschicht vorliegen. Fluid-Schichten mit unterschiedlichem Impuls p' u, also bei gleicher Dichte unterschiedlicher Geschwindigkeit u teilen sich in Folge der Molekularbewegung gegenseitig ihren Impuls mit.

Das Netz ist in Bild 1-26 gezeigt. 24 1 Einfiihrung ,, . -. 02~ 0 . 010 O . 012 0 ,00)8 0 , 00. 0 . ationscrgcbnia fiir die B1u",,& bD 'C nach dem Zwei-Fluid-Modell Der linke Rand ist von der Mittelachse um 1 mm versetzt, um Entartungen der Hexaederzellen zu vermeiden. Da der Bereich der Blasen hauptsächlich in der linken Hälfte zu erwarten ist, werden hier die vertikalen Netzlinien verdichtet Ein Ergebnis ist in BUd 1-27 gezeigt. Der Bereich der Blasen beginnt am Einspeisequersclmitt und weitet sich nach oben hin auf.

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