Strömungen in Kanälen mit rauen Wänden: DNS-Lösungen zur Validierung des RANS-Dissipationsmodells
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurden aufwendige numerische Lösungen von turbulenten Strömungen über rauen Wänden in verschiedenen Kanalgeometrien mit Hilfe der sog. Direkten Numerischen Simulation (DNS) erstellt. Diese Berechnungen bestimmen das turbulente Strömungsverhalten in allen Details, d.h. unter Berücksichtigung aller Schwankungsfrequenzen und über den gesamten Skalenbereich der auftretenden turbulenten Wirbelstrukturen. Diese Benchmark-Lösungen können anschließend verwendet werden, um damit Turbulenzmodelle für den Einsatz in Bezug auf solche Strömungen zu validieren. Validierung bedeutet in diesem Zusammenhang den Nachweis zu erbringen, dass mit den Modellvereinfachungen die wesentlichen physikalischen Effekte korrekt erfasst werden können und die Ergebnisse nur mit einem noch akzeptablen Fehler behaftet sind. Zusätzlich wurde eine Methode vorgestellt, mit der Ergebnisse nicht nur für die konkret berechnete Situation verwendet werden können, sondern im Sinne von wohlbegründeten Näherungen auch für Parameter in der Nähe der konkreten Lösung gelten. Dieser Methode wurde der Name PEM gegeben, was für „Parameter Extension Method“ steht. Entgegen der allgemeinen Ansicht dass sog. „hair pin vortices“ (Haarnadel-Wirbel) nur in Grenzschichten über glatten Wänden auftreten, konnten wir zeigen, dass diese Strukturen eindeutig auch in vollausgebildeten Kanalströmungen mit rauen Wänden existieren. Dies ist für ein tiefergehendes Verständnis der Turbulenz von großer Bedeutung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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From single obstacles to rough walls: Some fundamental investigations based on DNS results for turbulent channel flow, Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Physik (ZAMP), Vol. 64,1337 – 1352, 2013
Y. Jin, H. Herwig
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Turbulent Flow and Heat Transfer in channels with Shark Skin Surfaces: Entropy Generation and its Physical Significance, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 70, 10 – 22, 2013
Y. Jin, H. Herwig
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Effect of shark skin textures on entropy generation for turbulent channel flow and heat transfer problems, Proc. of IHTC15, paper 8699, Kyoto, Japan, August 10-15, 2014
Y. Jin, H. Herwig
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Structure of a turbulent flow through plane channels with smooth and rough walls: An analysis based on high resolution DNS results, Computers & Fluids, Vol. 107, 77 – 88, 2014
Y. Jin, M.F. Uth, H. Herwig
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Turbulent flow in rough wall channels: Validation of RANS models, Computers & Fluids, Vol. 122, 34-46, 2015
Y. Jin, H. Herwig
