Grundenlagen der Turbulenz

Allgemeine Informationen

Zentrale Strömungen in Natur und Technik verhalten sich turbulent. Ziel des Moduls ist es, einen Einblick in die grundlegenden physikalischen Phänomene turbulenter Strömungen zu vermitteln. Die Studenten müssen hierzu die Gesetzmässigkeiten zur statistischen Beschreibung von Turbulenz, basierend auf den Navier-Stokes Gleichungen, erlernen. Zentrale Definitionen für turbulente Parameter wie Längen- und Zeitmaße müssen erlernt und verstanden werden. Mit diesem Grundlagenwissen erlernen die Studenten eine Vielzahl klassischer Strömungsformen z.B. wandnahe oder freie turbulente Strömungen. Zum Abschluss wird auf Näherungsgleichungen eingegangen. Es werden die verschiedenen RANS Konzepte vorgestellt sowie die zugehörigen Modellierungskonzepte erläutert. Die Studenten müssen die unterschiedlichen Modellklassen kennen, sie anhand ihrer Vor- und Nachteile unterscheiden können sowie die zentralen Modellierungskonzepte skizzieren und erläutern können. Den Abschluss der Näherungsverfahren bildet die Large-Eddy Simulation. Die Studenten müssen die wesentlichen Ideen anhand von Gleichungen erläutern, die Vorteile aufzeigen sowie eine Abgrenzung zu den RANS Modellen vornehmen können. Schließlich sollen die Studenten die Möglichkeiten und Grenzen bei allen Berechnungsmethoden gegeneinander abgrenzen können.

Vorkenntnisse:

1) Technische Strömungslehre oder Grundkenntnisse der Strömungslehre,

2) Gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen

Behandelte Themen: Ursachen der Turbulenz (Einführung in die lineare Stabilitätstheorie); Einführung in die Turbulenz und ihre statistische Beschreibung; Reynoldsche Zerlegung, Filterung und gemittelte Grundgleichung; Korrelationsgleichung (Ein- und Mehrpunkt); Isotrope Turbulenz und die von Karman-Howarth Gleichung; turbulenter Decay; Turbulente Längenskalen; Kolmogorovsche Theorie; Energiespektrum; weitere Theorien isotroper Turbulenz (Intermittenz); turbulente wandgebundene Grenzschichten; Skalengesetze in der Turbulenz; reibungsfreie Strömungen; turbulente Strömungen mit Ablösungen.

Vorlesungsturnus: jedes Sommersemester

Veranstaltungstermine

Siehe Tucan

Sprechstunden

Nach Vereinbarung mit Prof. Dr.-Ing. Martin Oberlack

Vorlesungsunterlagen

Siehe Moodle

Prüfungen

Mündliche Prüfungen nach Vereinbarung mit Prof. Dr.-Ing. Martin Oberlack

Dozent | Betreuer

Prof. Dr.-Ing. Martin Oberlack | Tim Gebler, M.Sc.

Literatur

  • Pope: Turbulent Flows, Cambridge Universtity press 2000;
  • Davidson: Turbulence: an introduction for scientist and engineers;
  • Teenekes and Lumley: A first Course in turbulence;
  • Tsinober: An informal introduction to turbulence;
  • Rotta: Turbulente Strömungen, Teubner Verlag 1972.