Rauheitsmodellierung

Numerische Strömungssimulationen finden heutzutage Anwendung in vielen Feldern, deren Ergebnisse mit experimentell ermittelten Werten gut übereinstimmen. Dabei werden fast immer glatte Wände angenommen. Raue Wände werden bisher so berücksichtigt, dass das Rechengitter weiterhin nur die glatte Wand abbildet und der Effekt der Rauheit mithilfe eines Parameters, der äquivalenten Sandrauheit ks, modelliert wird. Problematisch ist jedoch, dass ks-Werte für gleiche Oberflächen extrem streuen können. So ist es beispielsweise für Gusseisen schwierig den richtigen ks-Wert auszuwählen, da er bis um das 6-fache streuen kann. Somit ist es Ziel des Forschungsthemas, eine alternative Methode zu entwickeln, um Rauheitsstrukturen netzauflösend abbilden zu können, da die derzeitige Vernetzungsart zur Rauheitsauflösung ungeeignet ist.

Zur Validierung der neuen Methode wird ein ebener Kanal mit veränderlichen Wandrauheiten genutzt.

Aktuell ist zu dieser Thematik eine studentische Arbeit (Bachelor, Master) mit dem Thema Numerische Untersuchung von regulären Rauheiten in einer Kanalströmung ausgeschrieben. Bei Interesse melden Sie sich bitte bei Herr Duong.

Rauheitsprofil (Gusseisen)

Mehrphasenströmungen

Mehrphasenströmungen bezeichnen Strömungen, die sich aus mehreren Fluiden und teilweise auch Feststoffen zusammensetzen, welche untereinander nicht mischbar sind. Es sind deutliche Grenzflächen zwischen den Phasen zu erkennen, an welchen sich die Stoffgrößen der Phasen sprunghaft ändern. Durch die teilweise stark variierenden Fluideigenschaften im Strömungsfeld und die Interaktion der Phasen miteinander ergeben sich zahlreiche Herausforderungen bei der experimentellen Untersuchung und Simulation von Mehrphasenströmungen. Der Fokus am Lehrstuhl Strömungsmaschinen liegt auf der Untersuchung von Gas-Flüssigkeits-Zweiphasenströmungen, die in einem breiten Feld industrieller Anwendungen auftreten.

In der Vergangenheit wurde beispielsweise der Einfluss von eingetragener Luft in Kreiselpumpen untersucht. Die Ansammlung von Luftblasen im Rotor führt zum Abfall der Förderhöhe bis zum Ausfall der Pumpe und ist ein Vorgang, der in seiner Komplexität noch nicht vollends erklärt werden kann und immer wieder Anstöße zu neuen Rotor-Designs liefert.

Zur Zeit wird am Lehrstuhl die Luft-Kühlmittel-Interaktion in teilgefüllten Kühlmitteltanks im Motorsportbereich untersucht. Dabei soll ermittelt werden, welche Phänomene bei kritischen Fahrmanövern zum Eintrag von Luft in den Kühlkreislauf und damit zum Ausfall der Kühlung durch Störung der Pumpe führen. Diese Untersuchungen werden sowohl mithilfe numerischer Strömungssimulation als auch durch Experimente durchgeführt. Als ein erster Testcase zur Validierung der Simulationsergebnisse wurde ein quaderförmiger Tank ohne Zu- und Abfluss gewählt, der einer quasi-harmonischen Kippbewegung ausgesetzt ist, die die wechselnden Beschleunigungen bei Fahrmanövern abbilden soll. Die dabei auftretenden Wellenbewegungen sind auch als Sloshing bekannt und stellen ein typisches Forschungsthema im Transportwesen und Schiffbau dar.

Mitarbeiter

Ronja Hoch, M.Sc.

Sloshing: Vergleich Kameraufnahmen mit berechneter Flüssigkeitsoberfläche