Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.1 SoSe/15 Frank Kameier 5. Vorlesung Strömungstechnik II -PEU Turbulenzmodellierung.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.1 SoSe/15 Frank Kameier 5. Vorlesung Strömungstechnik II -PEU Turbulenzmodellierung."—  Präsentation transkript:

1 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.1 SoSe/15 Frank Kameier 5. Vorlesung Strömungstechnik II -PEU Turbulenzmodellierung CFD und Vernetzung

2 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.2 SoSe/15 Berechnung des Druckverlustes durch einen 90° Krümmer Vergleich bei laminarer (Re=100) und turbulenter Strömung (Re=100000) Vergleich mit 1-D Stromfadentheorie, analytische Rechnung (Excel) Zur Vorbereitung der Simulation Abschätzung der möglichen Wandschubspannung (Reibung) Abschätzung der notwendigen Netzauflösung Aufbereitung der Simulationsdaten Darstellung der Netzauflösung Darstellung der Rohrströmungsprofile (laminares/turbulentes Profil am Eintritt; außen und innen strömen unterschiedlich schnell und für laminar und turbulent genau entgegengesetzt) Ablösung liegt bei sichtbarer Rückströmung vor Strömungstechnik II – 2. Praktikum: CFD mit ANSYS CFX

3 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.3 SoSe/15 … turbulente Strömung!

4 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.4 SoSe/15 laminare Strömung: … außen schneller als innen …

5 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.5 SoSe/15 turbulente Strömung: … innen schneller als außen + Ablösung …

6 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.6 SoSe/15 turbulente Strömung: … Ablösung …

7 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.7 SoSe/15 turbulente Strömung: … aussen höherer Druck als innen …

8 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.8 SoSe/15 Begriffe der Grenzschichttheorie besser: zähe Unterschicht

9 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.9 SoSe/15 Origin: Tobias Schmidt, Quantifizierbarkeit von Unsicherheiten bei der Grenzschichtwiedergabe mit RANS-Verfahren, Dissertation, TU Berlin, Grenzschichtprofil

10 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.10 SoSe/15 Momentanwert= Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [V DC ] [V AC ] instationäre Aerodynamik  zeitliche Schwankungsgrößen

11 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.11 SoSe/15 Momentanwert=Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [V DC ] [V AC ] Was sind Mittelwert und Schwankungsgrößen: Der zeitliche Mittelwert einer Schwankungsgröße ist null!

12 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.12 SoSe/15 Quadratischer Mittelwert, Effektivwert

13 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.13 SoSe/15 Reynolds-Gleichungen:  Annährung turbulenter Strömungen möglich einsetzen von Mittel- und Schwankungswert zeitliche Mittelung RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes)

14 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.14 SoSe/15 Reynoldsgleichung „turbulente“ Zähigkeit  Turbulenzmodelle etc. zeitliche Mittelung der Gleichung Konti-Gl. und Produktregel rückwärts nicht lineare partielle Differentialgleichung mit Orts- und Zeitabhängigkeit

15 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.15 SoSe/15 Beispiel: Prandtlsches Staurohr in turbulenter Strömung 0 15 Grundlagen der Strömungsmechanik – instationäre Strömungen

16 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.16 SoSe/15 16 Grundlagen der Strömungsmechanik – instationäre Strömungen Beispiel: Prandtlsches Staurohr in turbulenter Strömung

17 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.17 SoSe/15 Turbulenzmodellierung k = turbulente kinetische Energie  = Dissipationsrate (spez. Energie/Zeit)  = Frequenz der Energie dissipierenden Wirbel Blending (Überlagerung von k-  und k- ) (BSL)Blending Sub-Layer Turbulenzmodellierung Shear Stress Transport (SST) Modell  Ergebnisse experimenteller Untersuchungen der Grenzschichtströmung

18 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.18 SoSe/15 Molekulare Schubspannung überwiegt in der Nähe der Wand, da kinetische Energie Zur Wand hin abnimmt (auch Schwankung der Geschwindigkeit), weiter weg von der Wand sind und turbulente und molekulare Schubspannungen für die Reibung verantwortlich. Wand bei y=0

19 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.19 SoSe/15 Origin: Tobias Schmidt, Quantifizierbarkeit von Unsicherheiten bei der Grenzschichtwiedergabe mit RANS-Verfahren, Dissertation, TU Berlin, Grenzschichtdicken

20 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.20 SoSe/15 Grenzschichtdicken – Verdrängungsdicke  1 Integrale Rechengröße  1, daher präziser als 99%-Dicke (1% Abweichung von der Außenströmung lässt sich nicht messen)

21 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.21 SoSe/15 Hintergrund - Turbulenzmodellierung LRR=Launder, Reece, Rodi ASM=Algebraische Spannungsmodell dimensionslose Darstellungen Linearlogarithmisch

22 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.22 SoSe/15 Origin: Tobias Schmidt, Quantifizierbarkeit von Unsicherheiten bei der Grenzschichtwiedergabe mit RANS-Verfahren, Dissertation, TU Berlin, Grenzschichtprofil

23 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.23 SoSe/15 Origin: Georgi Kalitzin Gorazd Medic, Gianluca Iaccarino, Paul Durbin, Near-wall behavior of RANS turbulence models and implications for wall functions, Journal of Computational Physics 204 (2005) 265–291. Wandfunktion und y+ Stützstellen zu nah an der Wand führen u.U. zu Fehlern!

24 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.24 SoSe/15 Origin: ANSYS Hilfe rauhe Wand

25 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.25 SoSe/15 Origin: Tobias Schmidt, Quantifizierbarkeit von Unsicherheiten bei der Grenzschichtwiedergabe mit RANS-Verfahren, Dissertation, TU Berlin, Vernetzung - strukturiert - - unstrukturiert - - unstrukturiert mit Inflation-Layer -

26 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.26 SoSe/15 Abschätzung der Netzabmessung - über empirisch ermittelte Gleichung für die Wandschubspannung - (siehe auszufüllende Excel-Tabelle) C_f=(2*LOG10(U*x/nue)-0,65)^-2,3 Tau_w=c_f/2*rho*U^2 oder aus Schade/Kunz Formel ( ) Tau_w=0,0289*rho*nue^(1/5)*U^(9/5)*x^(-1/5) … mit y + =1 wird kleinster Wandabstand abgeschätzt – das bedingt die Verwendung des SST-Modells, andere Modelle benötigen y + =2,5…10.

27 Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.27 SoSe/15 Verfeinerung: Hohe Gradienten von p, V(wandnahe) Grenzschichten  Enge Querschnitte  Biegungen Wand


Herunterladen ppt "Frank Kameier - Strömungstechnik II PEU Folie VL5/ Nr.1 SoSe/15 Frank Kameier 5. Vorlesung Strömungstechnik II -PEU Turbulenzmodellierung."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen