Entwicklung und Validierung einer neuartigen strukturbasierenden Methode zur künstlichen Generierung von Einstromrandbedingungen für LES

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Nikolai Kornev
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247466387

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen strukturbasierenden Methode zur künstlichen Synthese der turbulenten Geschwindigkeits- und Skalarfelder und deren Validierung. Die Entwicklung basiert auf den vorangegangenden Arbeiten des Antragstellers, in denen die turbulenten Geschwindigkeitsfelder am Einstrom mit kompakten Elementen-Trägern der Geschwindigkeit (Turbulent Spots Methode) oder der Wirbelstärke (Turbulente Vortonen Methode) generiert werden. Eine Erweiterung der Methode soll mit der Berücksichtigung von realistischen anisotropen Strukturen, welche insbesondere in Wandnähe auftreten, erfolgen. Ausgangspunkt der Erweiterung ist die Synthetisierung von künstlichen Feldern der fluktuierenden Größen mit vorgeschriebenen statistischen Eigenschaften bis zu den Momenten der zweiten Ordnung (Autokorrelationen, Spektrum, Integrallängen) und Strukturinformationen. Die Anwendung der Methode erfolgt nicht ausschließlich auf die Geschwindigkeitsfelder, sondern wird für die Skalarfelder verallgemeinert, wobei die multifraktalen Eigenschaften der Skalardissipationsrate in Betracht gezogen werden. Das Ziel ist weiterhin, die Methode auch für die kompressiblen Strömungen weiter zu entwickeln und anzuwenden. Die entsprechenden Validierungsrechnungen erfolgen anhand kanonischer Testfälle der Strömungsmechanik sowie der Stoff- und Wärmeübertragung (Kanal, Grenzschicht, freie Scherschicht und Strahlmischer (confined jet)). Als Ergebnis der Arbeit wird eine wesentliche Verbesserung der Methoden zur Generierung von Einstromsignalen für turbulente Strömungen unter Berücksichtigung anisotroper Strukturen erwartet. Nach Beendigung des Projektes wird ein Programmmodul zur Generierung von zeitlich und räumlich korrelierten Einstromrandbedingungen für alle LES Arbeitsgruppen zur Verfügung stehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen