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Strömungsmechanik
Strömungsmechanik

Turbulenzmodelle für typische CFD-Szenarien

Theorie und Anwendung

Übersicht

Seminar Experte

In dieser Schulung erlernen Sie die Grundlagen der Turbulenzmodellierung und üben den Einsatz der Modelle in vier praktischen Workshops. Diese Schulung wird als 3-tägiges Seminar angeboten.

Dauer
3 Tage

Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys CFD

Verwendete Software
Ansys CFD

Nutzen
  • Mathematische Beschreibung turbulenter Strömungen kennenlernen
  • Kosten-Nutzen-Verhältnis verschiedener Turbulenzmodelle abschätzen
  • Praxis von Turbulenzmodellen in CFD-Simulationssoftware üben
  • Plausibilität von Ergebnissen mit turbulenten Strömungen bewerten

Beschreibung

Die große Mehrzahl praktisch relevanter Strömungen ist turbulent. Um das Verhalten solcher Strömungen mit der im industriellen Einsatz geforderten Genauigkeit zu simulieren, sind Kenntnisse über Turbulenzmodellierung und über die Umsetzung der Modelle in Simulationsverfahren notwendig.

Die Schulung vermittelt die Grundlagen der Turbulenzmodellierung und zeigt den Einsatz von Turbulenzmodellen an praktischen Beispielen. Sie lernen die mathematische Beschreibung turbulenter Strömungen kennen und können das Kosten-Nutzen-Verhältnis verschiedener Turbulenzmodelle abschätzen. Sie werden im Rahmen der Schulung den praktischen Einsatz von Turbulenzmodellen in einer CFD-Simulationssoftware üben. Dadurch wissen Sie, 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.

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

Detaillierte Agenda für diese 3-tägige Schulung

Tag 1

01 Mathematische Beschreibung turbulenter Strömungen

  • Definition turbulenter Strömungen
  • Technische Relevanz
  • Eigenschaften turbulenter Strömungen - Turbulenzsyndrom
  • Berechenbarkeit turbulenter Strömungen
  • Statistische Behandlung turbulenter Strömungen
  • Korrelationen

02 Wirbelviskositäts-Turbulenzmodelle

  • Statistische Mittelung – RANS-Gleichungen
  • Schließungsproblem der Turbulenz
  • Turbulenzmodelle – Definition & Zweck
  • Turbulenzmodelle in Ansys CFD - Übersicht
  • Wirbelviskositätshypothese und Wirbelviskositätsmodelle
  • Gleichung für die turbulente kinetische Energie – Diskussion & Modellierung

03 Workshop: Ablösende Diffusorströmung

  • Geometriedefinition
  • Rechennetze – Auslegung und Qualität
  • Rand- und Anfangsbedingungen
  • Diskretisierungsverfahren, Konvergenzkontrolle und -kriterienPost-processing
  • Vergleich mit Meßdaten
  • Abschätzung von Iterations- und Dioskretisierungsfehlern
  • Anwendung von Ansys CFX und Fluent

04 Zweigleichungs-Wirbelviskositätsmodelle

  • Energiekaskade der turbulenten kinetischen Energie
  • Wahl der Variablen für das Längenmaß der Turbulenz
  • Modellierung der Transportgleichung für die Dissipationsrate
  • k-ε-Turbulenzmodell
  • k-ε-Turbulenzmodell – Stärken & Schwächen
  • k-ω-Turbulenzmodell

Tag 2

05 Wandnahe Strömungen

  • Gleichungen für dünne turbulente Scherschichten
  • Wandnahe turbulent Strömungen
  • Viskose Unterschcit und voll-turbulente wandnahe Schicht
  • Wandnahe Geschwindigkeitsprofile
  • Wandnahe Temnperaturprofile
  • Turbulenzgrößen in wandnahen Scherschichten

06 Workshop: Kanalströmungen

  • CFD Best-Practice Workflow
  • Vollentwickelte Kanalströmungen - Theorie
  • Definition von Zielgrößen
  • Auswahl der Modelle
  • Rechennetze
  • Rand- und Anfangsbedingungen
  • Solvereinstellungen
  • Post-processing und Auswertung
  • Vergleich mit Korrelationen und empirischen Wandgesetzen
  • Bewertung verschiedener Wandmodelle
  • Anwendung von Ansys CFX und Fluent

07 Moderne Zweigleichungs-Turbulenzmodelle

  • k-ω/k-ε-Turbulenzmodelle – Konzept
  • BSL-Turbulenzmodell
  • Übergangsfunktionen
  • SST-Turbulenzmodell
  • GEKO-Turbulenzmodell
  • Modellerweiterung für Stromlinienkrümmung
  • Modellerweitertung für laminar-turbulenten Umschlag

08 Randbedingungen

  • Finite-Volumen-Anordnungen: knotenzentriert – CFX & zellzentriert – Fluent
  • Wandfunktionen – Zweck
  • Wandfunktionen – Geschwindigkeit, Temperatur & Turbulenzgrößen
  • „Automatische” Wandfunktionen
  • Rechennetze in Wandnähe
  • Eintrittsrandbedingungen

Tag 3

09 Wärmeübergang in turbulenten Strömungen

  • Energieerhaltung
  • Reynoldsgemittelte Energieerhaltungsgleichungen
  • Wirbeldiffusivitätsmodell
  • Transportgleichungen für die turbulenten Skalarflüsse
  • Grenzen der Wirbeldiffusivitätsansätze
  • Modellierung der Transportgleichungen für die turbulenten Skalarflüsse

10 Workshop: Wärmeübergang

  • Prallstrahl mit Wärmeübergang
  • Definition von Zielgrößen
  • Modellauswahl
  • Anforderungen an die Rechennetze
  • Rand- und Anfangsbedingungen
  • Solvereinstellungen
  • Auswertung, Qualitäts- und Plausibilitätsprüfung
  • Vergleich mit Messdaten
  • Anwendung von Ansys CFX und Fluent

11 Reynoldsspannungsmodelle und Second Moment Closures

  • Grenzen von Wirbelviskositätsmodellen
  • Exakte Reynoldsspannungsgleichungen
  • Reynoldsspannungsmodelle
  • Umverteilungsterms - “Return-to-isotropy" und “Rapid”
  • Algebraische Spannungsmodelle
  • Workshop - Grenzschichtströmung mit Wandkrümmung

12 Skalenauflösende Turbulenzmodelle

  • Skalenauflösende Turbulenzmodelle – Definition
  • LES-Modelle – Prinzip
  • Feinstrukturmodelle – Smagorsinsky
  • Hybride Turbulenzmodelle – Prinzip
  • DES- & SBES-Turbulenzmodelle
  • SAS-Turbulenzmodell

Ihre Referenten

Dr.-Ing. Georg Scheuerer
CEO, ISimQ
Malte Küper
Beratung & Service, CADFEM (Austria) GmbH, Innsbruck

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Falls die Mindestteilnehmerzahl einmal nicht zustande kommt, behalten wir uns vor, den Seminartermin bis spätestens 7 Tage vor Seminarbeginn abzusagen. Gerne informieren wir Sie zu alternativen Terminen, Schulungsformaten oder Seminaren. Bitte beachten Sie, dass wir keine Haftung für bereits vorgenommene Hotel- oder Reisebuchungen seitens der Teilnehmenden übernehmen.

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Bereichsleiter Professional Development
Dr.-Ing. Marold Moosrainer