Numerische Untersuchung der Einlassrandbedingung eines Jets in Querströmung

Bachelor Thesis , 2017 , 100 Pages , Grade: 1,0

Engineering - Aerospace Technology

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der numerischen Untersuchung der Einlassrandbedingung eines Jets in Querströmung für ein Geschwindigkeitsverhältnis gleich 3.

Hierbei soll das frei verfügbare Software OpenFOAM verwendet werden. Zu diesem Zweck wird das Rohr mit einem kreisförmigen modellierten Einlass ersetzt und mit dem voll diskretisierten Einlaufkanal verglichen. Wichtig hierbei ist die Ermittlung des zeitlich gemittelten Einlassprofils. Im Laufe dieser Arbeit werden die Ergebnisse der beiden Simulation miteinander sowie mit den Daten aus NS3D und mit Literaturwerte hinsichtlich verschiedener Parameter verglichen. Relevante Wirbelstrukturen, RMS-Werte, Trajektorien und zeitlich gemittelte Geschwindigkeitskomponenten, Stromlinien sowie Vortizitätsverteilung sollen untersucht und diskutiert werden.

Inhaltsverzeichnis

• Aufgabenstellung
• Ubersicht
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Nomenklatur
• 1. Einleitung
• 2. Physikalisches Hintergrund
  • 2.1. Erhaltungsgleichungen
    • 2.1.1. Massenerhaltung
    • 2.1.2. Impulserhaltung
    • 2.1.3. Energieerhaltung
    • 2.1.4. Thermische Zustandsgleichung
  • 2.2. Relevante Strömungskennzahlen.
    • 2.2.1. Knudsenzahl
    • 2.2.2. Reynoldszahl
    • 2.2.3. Strouhalzahl
  • 2.3. Direkte numerische Simulation (DNS)
  • 2.4. Wirbelerkennung
    • 2.4.1. Vortizität
    • 2.4.2. Q-Kriterium
• 3. Verwendete Softwares und Simulationsablauf
  • 3.1. OpenFoam
    • 3.1.1. Einführung
    • 3.1.2. Programmstruktur
  • 3.2. Vorbetrachtung
    • 3.2.1. Geometrie und Berechnungsvorgehensweise
    • 3.2.2. Netzerstellung
    • 3.2.3. Randbedingungen
    • 3.2.4. Solver
    • 3.2.5. Postprocessing
• 4. Ergebnisse und Diskussion
  • 4.1. Validierung der Grundströmung
  • 4.2. Turbulente kinetische Energie in der Symmetrieebene z = 0
  • 4.3. Zeitlich gemitteltes Geschwindigkeitsprofil im modellierten Jeteinlass
  • 4.4. Wirbeltrukturen von JIC
  • 4.5. Zeitlich gemittelte Trajektorie .
  • 4.6. Zeitlich gemittelte Geschwindigkeit und Stromlinien
  • 4.7. Zeitlich gemittelte turbulente kinetische Energie.
  • 4.8. Untersuchung vom Geschwindigkeitsverlauf entlang verschiedenen Linien
  • 4.9. Zeitlich gemittelte RMS-Werte
  • 4.10. Vortizität und Q-Kriterium
• 5. Zusammenfassung
• Literaturverzeichnis

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der numerischen Untersuchung der Einlassrandbedingung eines Jets in Querströmung. Ziel ist es, die Unterschiede zwischen einem voll diskretisierten Einlaufkanal und einem modellierten Einlass mit Hilfe der Software OpenFOAM zu analysieren. Die Analyse des zeitlich gemittelten Einlassprofils und die Untersuchung relevanter Strömungsstrukturen und -parameter stehen im Vordergrund.

• Numerische Simulation der Einlassrandbedingung eines Jets in Querströmung
• Vergleich eines voll diskretisierten Einlaufkanals mit einem modellierten Einlass
• Analyse des zeitlich gemittelten Einlassprofils
• Untersuchung relevanter Strömungsstrukturen, wie z.B. Wirbel
• Diskussion verschiedener Strömungsparameter und -kennzahlen

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die den Kontext und die Motivation der Arbeit erläutert. Kapitel 2 behandelt den physikalischen Hintergrund, einschließlich der Erhaltungsgleichungen, relevanter Strömungskennzahlen, der direkten numerischen Simulation (DNS) und der Wirbelerkennung. Kapitel 3 beschreibt die verwendeten Softwares und den Simulationsablauf, wobei der Fokus auf OpenFOAM, der Geometrie, der Netzerstellung, den Randbedingungen, den Solver und der Postprocessing liegt. Kapitel 4 präsentiert die Ergebnisse und Diskussionen, einschließlich der Validierung der Grundströmung, der turbulenten kinetischen Energie, des zeitlich gemittelten Geschwindigkeitsprofils, der Wirbelstrukturen, der Trajektorie, der Geschwindigkeits- und Stromlinienverteilung, der turbulenten kinetischen Energie, der RMS-Werte und der Vortizitäts- und Q-Kriterium-Analyse. Die Arbeit endet mit einer Zusammenfassung und einem Literaturverzeichnis.

Schlüsselwörter

Numerische Strömungsmechanik, Jet in Querströmung, OpenFOAM, Einlassrandbedingung, zeitlich gemitteltes Einlassprofil, Wirbelstrukturen, turbulente kinetische Energie, RMS-Werte, Vortizität, Q-Kriterium.

• College: University of Stuttgart (Institut für Aerodynamik und Gasdynamik)
• Grade: 1,0
• Author: Alaa Bejaoui (Author)
• Publication Year: 2017
• Pages: 100
• Catalog Number: V491297
• ISBN (eBook): 9783668971233
• ISBN (Book): 9783668971240
• Language: German
• Tags: numerische, untersuchung, einlassrandbedingung, jets, querströmung