Stand der Technik und der Wissenschaft ist die Finite Volumen Methode. Sie stellt den numerischen Kern performanter kommerzieller Simulationsprogramme. Die verwendeten physikalischen Modelle, die Simulationsvor- und Nachbereitung in den Systemumgebungen, die Datenaufbereitung und deren graphische Darstellung besitzt heute ein hochprofessionelles Niveau. In Verbindung mit einer sich stetig fortentwickelnden Hardware sind die mit diesem CFD-Verfahren herstellbaren Berechnungswirklichkeiten von anerkannt hoher Güte und Aussagekraft. CFD-Verfahren besitzen die fluidmechanische Deutungshoheit im wissenschaftlichen Diskurs und liefern sowohl Grundaussagen zu klassischen Strömungsphänomenen etwa in der Lehre, als auch Detailinformationen in der Entwurfs- und Konstruktionsphase der industriellen Produktentwicklungen von Strömungsbauteilen, Fahrzeugen und Innenströmungen bis hin zur Analyse in der Bioströmungsmechanik und der und fluidmechanischen Diagnose in der Medizin.
Inhaltsverzeichnis
- INTRO
- STRÖMUNGSSIMULATION
- Laborfinnen nach dem LABFin-Standard
- RANSE-Verfahren
- Potentialtheoretische Verfahren
- Turbulenzmodelle
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Dieser Beitrag untersucht die Strömungswirklichkeit von Surfboardfinnen mithilfe von potentialtheoretischen Berechnungsverfahren und einem 2D-CFD-Verfahren. Ziel ist es, die Tauglichkeit der unterschiedlichen Methoden zur Modellierung und Simulation von Strömungsphänomenen zu beurteilen und die jeweiligen Stärken und Schwächen aufzuzeigen.
- Vergleich von potentialtheoretischen Verfahren und CFD-Methoden
- Bewertung der Genauigkeit und Effizienz der verschiedenen Simulationsansätze
- Analyse der Strömungswirklichkeit von Surfboardfinnen
- Anwendung der Ergebnisse auf die Entwicklung und Optimierung von Surfboardfinnen
- Erarbeitung eines tieferen Verständnisses der fluidmechanischen Phänomene im Zusammenhang mit Surfboardfinnen
Zusammenfassung der Kapitel
- INTRO: Diese Einleitung führt in die Thematik der Strömungsanalyse von Surfboardfinnen ein und erläutert die Bedeutung der Untersuchung verschiedener Simulationsmethoden. Sie stellt die gängigen CFD-Verfahren und potentialtheoretischen Ansätze vor und hebt die Notwendigkeit ihrer Evaluierung hervor.
- STRÖMUNGSSIMULATION: Dieses Kapitel beleuchtet die verschiedenen Aspekte der Strömungssimulation, von der Wahl des Strömungsmodells bis hin zur Auswertung der Ergebnisse. Es werden die wichtigsten Schritte und Kriterien einer Simulation erläutert, einschließlich der Deklaration von Randbedingungen und der Anwendung von Turbulenzmodellen.
- Laborfinnen nach dem LABFin-Standard: Dieser Abschnitt beschreibt die Verwendung von Laborfinnen als materielle und computergestützte Modelle für die numerische Evaluation. Er stellt die verschiedenen Kategorien von Strömungssimulationsverfahren vor, die für die Analyse von Unterwasserbauteilen eingesetzt werden können, darunter potentialtheoretische Verfahren, Traglinienverfahren und Mittelschnittverfahren.
- RANSE-Verfahren: Dieses Kapitel befasst sich mit der Anwendung von RANSE-Verfahren (Reynolds-averaged Navier-Stokes equations) zur Simulation der Strömungswirklichkeit von Surfboardfinnen. Es beschreibt die Vorteile und Nachteile dieser Methode sowie die relevanten Kennwerte, die bei der Analyse der Finnen von Bedeutung sind.
- Potentialtheoretische Verfahren: In diesem Kapitel werden die Grundlagen und Eigenschaften der potentialtheoretischen Verfahren erläutert. Es wird auf die Vorteile dieser schnelleren Berechnungsmethoden hingewiesen und die Unterschiede zu CFD-Methoden aufgezeigt.
- Turbulenzmodelle: Der letzte Abschnitt behandelt verschiedene Turbulenzmodelle, die in CFD-Simulationen eingesetzt werden. Es werden die verschiedenen Modellierungsansätze vorgestellt, von rein laminaren Modellen bis hin zu nichtmittlenden Modellen wie LES, DES und DNS.
Schlüsselwörter
Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Strömungsanalyse von Surfboardfinnen und untersucht die Tauglichkeit verschiedener Simulationsmethoden. Schlüsselbegriffe sind: CFD (Computational Fluid Dynamics), potentialtheoretische Verfahren, Strömungssimulation, Turbulenzmodelle, Surfboardfinnen, Strömungswirklichkeit, Randbedingungen, Navier-Stokes-Gleichungen, EULER-Gleichungen, Reynold-gemittelte Navier-Stokes-Gleichungen, LABFin-Standard, Traglinienverfahren, Mittelschnittverfahren.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen CFD-Verfahren und Potentialtheorie?
CFD-Verfahren (Computational Fluid Dynamics) lösen komplexe Navier-Stokes-Gleichungen inklusive Turbulenz, während potentialtheoretische Verfahren vereinfachte Modelle für schnellere Berechnungen nutzen.
Warum werden Surfboardfinnen simuliert?
Die Simulation hilft, die Strömungswirklichkeit zu verstehen und die Finnen für bessere Performance im Wasser zu optimieren, ohne teure Prototypen bauen zu müssen.
Was ist der LABFin-Standard?
Es handelt sich um einen Standard für Laborfinnen, der als Referenz für die numerische Evaluation von Strömungssimulationen dient.
Welche Rolle spielen Turbulenzmodelle in der Simulation?
Sie modellieren die chaotischen Strömungsbewegungen (Turbulenzen), die mit klassischen Gleichungen schwer direkt zu berechnen sind (z.B. RANSE oder LES Modelle).
Was sind RANSE-Verfahren?
RANSE steht für Reynolds-averaged Navier-Stokes equations und ist ein gängiges Verfahren zur Berechnung von turbulenten Strömungen in der Industrie.
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- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author), 2017, Validierung einer potentialtheoretischen Berechnung mit einem 2D-CFD-Verfahren, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/367015
