Dieses umfassende Handbuch widmet sich den physikalisch-mathematischen Grundlagen der Aerodynamik – von Grund auf und bis ins letzte Detail nachrechenbar. Es räumt mit wissenschaftlichen Halbwahrheiten auf, die das Teilgebiet der Strömungslehre über die letzten Jahrzehnte dominiert haben. Durch die Korrektur überholter Annahmen rollt es die Lehre der Aerodynamik neu auf und liefert wertvolle Impulse für Ingenieur:innen und Wissenschaftler:innen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Anlagen- und Fahrzeugbau.
Folgende Themen werden behandelt:
- Elementare Grundlagen: Newtonsche Axiome, Auftriebskraft, Strömungsumlenkung bei längs gekrümmten Oberflächen
- Bestimmung aerodynamischer Kräfte und Momente aus Druckverteilungen
- Dimensionsanalyse, Ähnlichkeitsgesetze und Modellregeln: Buckinghamsches Π-Theorem, dimensionslose Kenngrößen
- Strömungsmechanische Grundlagen: Eulersche Gleichungen, Bernoulli-Gleichung, Impulssatz für stationäre Strömungen
- Einfache ebene und räumliche Potentialströmungen: Laplace-Gleichung, Zirkulation, Stromfunktion
- Komplexe Strömungsfunktionen: Rechnen mit komplexen Zahlen, Grundlagen der komplexen Analysis in der Aerodynamik
- Konforme Abbildungen
Mit modernsten Mitteln der Simulation zeigt der Autor, wie sich Luft bei der Umströmung von Körpern verhält. Für Berechnungen, die mehr Aufwand erfordern, stellt er Programme und eine Grafikausgabe bereit, die zusammen mit den dazugehörigen Quellcodes auf plus.hanser-fachbuch.de heruntergeladen werden können. Aufwendig gestaltete Abbildungen, die so in keiner anderen Veröffentlichung zur Aerodynamik zu finden sind, runden den Inhalt ab.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Aktualisiert: 2023-05-11
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Aktualisiert: 2023-05-11
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Dieses umfassende Handbuch widmet sich den physikalisch-mathematischen Grundlagen der Aerodynamik – von Grund auf und bis ins letzte Detail nachrechenbar. Es räumt mit wissenschaftlichen Halbwahrheiten auf, die das Teilgebiet der Strömungslehre über die letzten Jahrzehnte dominiert haben. Durch die Korrektur überholter Annahmen rollt es die Lehre der Aerodynamik neu auf und liefert wertvolle Impulse für Ingenieur:innen und Wissenschaftler:innen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Anlagen- und Fahrzeugbau.
Folgende Themen werden behandelt:- Elementare Grundlagen: Newtonsche Axiome, Auftriebskraft, Strömungsumlenkung bei längs gekrümmten Oberflächen- Bestimmung aerodynamischer Kräfte und Momente aus Druckverteilungen- Dimensionsanalyse, Ähnlichkeitsgesetze und Modellregeln: Buckinghamsches Π-Theorem, dimensionslose Kenngrößen- Strömungsmechanische Grundlagen: Eulersche Gleichungen, Bernoulli-Gleichung, Impulssatz für stationäre Strömungen- Einfache ebene und räumliche Potentialströmungen: Laplace-Gleichung, Zirkulation, Stromfunktion- Komplexe Strömungsfunktionen: Rechnen mit komplexen Zahlen, Grundlagen der komplexen Analysis in der Aerodynamik- Konforme Abbildungen
Mit modernsten Mitteln der Simulation zeigt der Autor, wie sich Luft bei der Umströmung von Körpern verhält. Für Berechnungen, die mehr Aufwand erfordern, stellt er Programme und eine Grafikausgabe bereit, die zusammen mit den dazugehörigen Quellcodes auf plus.hanser-fachbuch.de heruntergeladen werden können. Aufwendig gestaltete Abbildungen, die so in keiner anderen Veröffentlichung zur Aerodynamik zu finden sind, runden den Inhalt ab.
Aktualisiert: 2023-03-09
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Die Reduktion von gesundheitsschädlichen Partikelemissionen aus der dieselmotorischen Verbrennung stellt die Industrie vor große Herausforderungen. Während in der Automobilbranche hauptsächlich Wandstromfilter eingesetzt werden, um Emissionsgrenzwerte einzuhalten, ist diese Technologie bei den meisten Großdieselanwendungen nicht erfolgsversprechend. Hohe Aschegehalte im Abgas führen zur schnellen Verstopfung solcher Filter. Durchflussfiltertechnologien können für diese Anwendungen eine interessante Alternative darstellen, da sie ein vorteilhaftes Gegendruck- und Verstopfungsverhalten aufweisen.
Mithilfe von numerischen Berechnungen können die Entwicklungszeit- und kosten von neuen Produkten stark minimiert werden. In dieser Arbeit werden deshalb der Euler-Lagrange- und CFD-QMOM-Ansatz verglichen und gegenüber Messdaten von einem Prüfstand im Labormaßstab validiert. Auf diese Weise sollen die Vor- und Nachteile der beiden untersuchten Modellansätze aufgezeigt werden.
Aktualisiert: 2023-01-18
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Die Reduktion von gesundheitsschädlichen Partikelemissionen aus der dieselmotorischen Verbrennung stellt die Industrie vor große Herausforderungen. Während in der Automobilbranche hauptsächlich Wandstromfilter eingesetzt werden, um Emissionsgrenzwerte einzuhalten, ist diese Technologie bei den meisten Großdieselanwendungen nicht erfolgsversprechend. Hohe Aschegehalte im Abgas führen zur schnellen Verstopfung solcher Filter. Durchflussfiltertechnologien können für diese Anwendungen eine interessante Alternative darstellen, da sie ein vorteilhaftes Gegendruck- und Verstopfungsverhalten aufweisen.
Mithilfe von numerischen Berechnungen können die Entwicklungszeit- und kosten von neuen Produkten stark minimiert werden. In dieser Arbeit werden deshalb der Euler-Lagrange- und CFD-QMOM-Ansatz verglichen und gegenüber Messdaten von einem Prüfstand im Labormaßstab validiert. Auf diese Weise sollen die Vor- und Nachteile der beiden untersuchten Modellansätze aufgezeigt werden.
Aktualisiert: 2022-11-25
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Inhaltsbeschreibung folgt
Aktualisiert: 2023-01-25
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Ingestion of high altitude ice particles into jet engines can cause engine power loss, flameout, mechanical damage and compressor instabilities. The detrimental effects on engine performance are attributed to time-dependent ice accretion on initially warmer than freezing surfaces within the engine core gas path. The phenomenon is referred to as ice crystal icing. The complexity of ice accretion physics and the multitude of related mechanisms render the development of strictly theoretical models currently infeasible. The derivation of empirical and physical models has therefore to rely on measurement data obtained for relevant and representative boundary conditions and geometries. Within the scope of this work, a coherent methodology and an experimental setup are developed to investigate ice crystal icing under relevant, engine-realistic, mixed-phase boundary conditions. A rectilinear compressor cascade test rig is designed based on a reference blade row geometry taking into account peculiarities arising from mixed-phase conditions and investigation of ice crystal icing. A numerical fan stage model is used to explore the design space with regard to experimental boundary conditions for prospective cascade experiments. A lower and an upper thermodynamic temperature limit for the occurrence of ice crystal icing is estimated from a limited number of CFD simulations assuming a two-phase flow of initially glaciated particles and air. The insight generated by the CFD simulations is complemented with governing analytic relations for the energy balance of a wetted surface exposed to impingement of glaciated particles. A range of cascade test rig boundary conditions conducive to ice accretion is derived for climb and descent operating regimes. For the first time, a coherent experimental methodology is available which is developed specifically to investigate ice crystal icing under relevant and representative boundary conditions.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Dieses umfassende Handbuch widmet sich den physikalisch-mathematischen Grundlagen der Aerodynamik – von Grund auf und bis ins letzte Detail nachrechenbar. Es räumt mit wissenschaftlichen Halbwahrheiten auf, die das Teilgebiet der Strömungslehre über die letzten Jahrzehnte dominiert haben. Durch die Korrektur überholter Annahmen rollt es die Lehre der Aerodynamik neu auf und liefert wertvolle Impulse für Ingenieur:innen und Wissenschaftler:innen aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Anlagen- und Fahrzeugbau.
Folgende Themen werden behandelt:
- Elementare Grundlagen: Newtonsche Axiome, Auftriebskraft, Strömungsumlenkung bei längs gekrümmten Oberflächen
- Bestimmung aerodynamischer Kräfte und Momente aus Druckverteilungen
- Dimensionsanalyse, Ähnlichkeitsgesetze und Modellregeln: Buckinghamsches Π-Theorem, dimensionslose Kenngrößen
- Strömungsmechanische Grundlagen: Eulersche Gleichungen, Bernoulli-Gleichung, Impulssatz für stationäre Strömungen
- Einfache ebene und räumliche Potentialströmungen: Laplace-Gleichung, Zirkulation, Stromfunktion
- Komplexe Strömungsfunktionen: Rechnen mit komplexen Zahlen, Grundlagen der komplexen Analysis in der Aerodynamik
- Konforme Abbildungen
Mit modernsten Mitteln der Simulation zeigt der Autor, wie sich Luft bei der Umströmung von Körpern verhält. Für Berechnungen, die mehr Aufwand erfordern, stellt er Programme und eine Grafikausgabe bereit, die zusammen mit den dazugehörigen Quellcodes auf plus.hanser-fachbuch.de heruntergeladen werden können. Aufwendig gestaltete Abbildungen, die so in keiner anderen Veröffentlichung zur Aerodynamik zu finden sind, runden den Inhalt ab.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Praxisorientierter Einstieg in die Simulation mit Siemens NX und Simcenter 3D
Mit den Siemens-Systemen NX und Simcenter 3D können Entwickler:innen die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte mithilfe virtueller Prototypen auf schnelle und kostengünstige Weise testen und optimieren. Dieses Standardwerk in fünfter Auflage vermittelt die notwendigen Grundlagen, um mit NX und Simcenter 3D einfache bis komplexe Simulationen durchzuführen. Es wendet sich an Konstrukteur:innen, Berechnungsingenieur:innen und Student:innen technischer Fachrichtungen.
In je einem Kapitel werden folgende Themen behandelt:
- Motion-Simulation (MKS)
- konstruktionsnahe (Design-)Simulation (FEM, Nastran)
- Simcenter 3D/Advanced Simulation (FEM, CFD sowie EM)
- Management von Berechnungs- und Simulationsdaten (Teamcenter for Simulation)
Nach knappen theoretischen Einführungen schließen an jedes Kapitel praktische Lernaufgaben mit steigendem Schwierigkeitsgrad an. Grundlage fast aller Übungsbeispiele ist das CAD-Modell des legendären Opel Rak2.
Die vorgestellte Methodik ist an die NX-Version 2007 sowie Simcenter 3D 2022.1 angepasst. Auf plus.hanser-fachbuch.de finden Sie kostenloses digitales Zusatzmaterial: Die CAD- und Berechnungsdaten sämtlicher Übungsbeispiele stehen dort zum Nachvollziehen bereit.
Aktualisiert: 2023-05-02
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In der Kunststoffverarbeitung ist eine möglichst hohe Wirtschaftlichkeit von Extrusionsanlagen erstrebenswert. Diese wird beispielsweise durch das Anheben des Maschinendurchsatzes bei gleichbleibender Maschinengröße erreicht. Hierfür sind spezielle Schneckenkonzepte notwendig, zu denen auch die Wave-Schnecken zählen. Die korrekte Auslegung dieser setzt ein weitreichendes Verständnis darüber voraus, welche geometrischen Faktoren der Schnecke welche Einflüsse auf das Prozessverhalten ausüben.
Im Rahmen der Dissertation wurden zu diesem Zweck mittels zweier Ansätze Gestaltungsrichtlinien für Wave-Schnecken aufgestellt. Zunächst wurde ein vollständig analytisches Modell des Aufschmelzverhaltens von Wave-Schnecken entwickelt und validiert. Dies lässt erste Rückschlüsse auf die korrekte Auslegung von Wave-Schnecken zu und ermöglicht weiterhin die einfache und schnelle Berechnung des Aufschmelzverhaltens von beliebigen Wave-Schnecken. Weiterhin wurden isotherme sowie nicht-isotherme, d.h. das Aufschmelzverhalten berücksichtigende, CFD-Simulationen verschiedenster Wave-Schnecken anhand der statistischen Versuchsplanung durchgeführt. Hierdurch konnten exakte Aussagen über die geometrisch optimierte Auslegung von Wave-Schnecken getroffen werden. Mittels Validierungsuntersuchungen wurden diese Aussagen bestätigt und das hohe Potenzial von Wave-Schnecken nachgewiesen.
Aktualisiert: 2022-08-04
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Für die effektive numerische Berechnung von Strömungsphänomenen im frühen Entwicklungsprozess wurde methodisch das Zusammenwirken verschiedener Berechnungstools hinsichtlich der Berechnungsdauer und Güte auf handelsüblichen Desktoprechnern untersucht. Dabei ist die Skalierbarkeit der Berechnungsmodelle auf unterschiedliche geometrische Skalen sowie die Umsetzungsmöglichkeit der Berechnung kombinierter Fluidphasen essenziell.
Für die Umsetzung wurden erste Grundlagenuntersuchungen an einfachen Geometrien experimentell und virtuell durchgeführt sowie die Ergebnisse gegenübergestellt. Daraus konnten Anforderungen abgeleitet und bereits im Ausschlussverfahren für das Projekt ungeeignete Software detektiert werden.
Weiterhin wurden die Simulationsparameter, aufbauend auf den Grundlagenuntersuchungen, an die komplexen Geometrien von Bauteilen/Baugruppen bis hin zum Viertelfahrzeug angepasst. Somit konnten für die jeweiligen Berechnungstools die Stärken hinsichtlich der Anforderungen an die Geometrie und die physikalischen Randbedingungen abgeleitet werden.
Anschließend wurde eine Software entwickelt, welche automatisiert Ergebnisse unterschiedlicher Softwarelösungen und geometrischer Skalen verarbeitet, interpoliert und anschließend auf gewählten Schnittstellen bereitstellt. Somit lassen sich die effektivsten Berechnungsmethoden miteinander verknüpfen.
Zudem konnte im Laufe der Bearbeitungszeit eine Software (PreonLab) zum Einsatz kommen, welche hinreichend genau und dennoch zeitlich effektiv komplexe Strömungsphänomene berechnen kann.
Im Zuge der Projektbearbeitung konnten somit Anforderungen als auch Randbedingungen für die numerische Berechnung komplexer Strömungsphänomene am Gesamtfahrzeug beschrieben werden.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die derzeitige Debatte zur Organspende-Pflicht zeigt den deutschlandweiten Mangel an Spenderorganen. Derweil ist die Spenderherztransplantation der Goldstandard zur Behandlung einer schweren Herzinsuffizienz - einer Erkrankung, die in Deutschland die dritthäufigste Todesursache darstellt.
Da Spenderherzen rar sind, wurden Herzunterstützungsgeräte (VADs) als alternative Behandlungsmethode entwickelt. VADs werden dem erkrankten Patienten implantiert und unterstützen die Tätigkeit des Herzens. Jedoch können durch das VAD schwere Komplikationen wie Schlaganfälle auftreten, die durch Blutschädigungen verursacht werden. Daher muss die Blutschädigung schon im VAD-Design minimiert werden, was über Computersimulationen realisiert wird.
Die Dissertation zeigt eine Methodik, wie die Blutschädigung in VADs verlässlicher am Computer berechnet werden kann. Im Speziellen wird gezeigt, wie turbulente Strömungsgrößen in die Blutschädigungsberechnung physikalisch fundiert implementiert werden können, wo diese Turbulenzen im VAD entstehen und zerfallen und welche Auswirkungen die Turbulenzen auf die Blutschädigungsberechnung im VAD unter Nutzung von state-of-the-art Blutschädigungsmodellen haben. Es konnte gezeigt werden, dass die Turbulenz einen signifikanten Einfluss auf die Blutschädigungsvorhersage im untersuchten VAD hat. Aus diesem Grund müssen turbulente Größen in die Blutschädigungsberechnungen in einem Herzunterstützungssystem unbedingt inkludiert werden.
Die Ergebnisse können die Basis für ein verbessertes VAD-Design bilden, um künftig die Lebensqualität von Patienten mit schwerer Herzinsuffizienz zu erhöhen.
Aktualisiert: 2022-05-19
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Zur Effizienzsteigerung von nasslaufenden Lamellenkupplungen werden große Anstrengungen unternommen, die Strömung zwischen den Lamellen hinsichtlich guter Kühlleistung und geringer Verluste zu optimieren. Besonders problematisch ist in diesem Zusammenhang der geöffnete Betriebszustand, in welchem durch die Scherung des Öl / Luft-Gemisches im Spalt Schubspannungen von den Antriebs- auf die Abtriebslamellen übertragen werden. Dieser Prozess ruft ungewollte Schleppmomente hervor, welche insgesamt als Verlustleistung zu betrachten sind. Die Höhe des Schleppmoments wird durch die komplexen strömungstechnischen Prozesse in der Nutung bestimmt und kann durch Veränderung der Betriebs- und Randbedingungen massiv beeinflusst werden. Für einen effizienten Optimierungsprozess ist ein umfassendes detailliertes Verständnis der strömungstechnischen Zusammenhänge im Lüftspalt erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Wissen durch messtechnische Untersuchungen und numerische Simulationen zu vertiefen.
Aktualisiert: 2021-03-15
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Der erfolgreiche Einsatz eines fließfähigen Baustoffes hängt maßgeblich von den Eigenschaften des frischen Materials ab. Dabei ist die rheologische Fließgrenze für die Beurteilung der z.T. konkurrierenden Anforderungen hinsichtlich Fließvermögen, Suspensionsstabilität und Entlüftungsfähigkeit von hoher Relevanz.
Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Abbildung ebener Strömungszustände mit dem Simulationsprogramm OpenFOAM® zeigen, dass die für das Stoffgesetz nach Bingham erforderlichen Parameter (Fließgrenze, Dichte usw.) messtechnisch bestimmt werden können.
Die Durchführung von physikalischen Versuchen zum Aufstiegsverhalten von Luftblasen in fließfähigen Baustoffen erfordert die Entwicklung einer angepassten Technik und das neu konzipierte Mehrphasenrheometer ermöglicht unter Verwendung des Sonografieverfahrens die bildanalytische und messtechnische Auswertung der Bewegung von Blasen. Damit können Strömungsvorgänge charakterisiert und somit die Wirkung der maximalen bzw. minimalen Fließgrenze auf den Aufstiegsvorgang gezeigt werden.
Ergänzende numerische Analysen der räumlichen Strömungsprozesse bei der Entlüftung zeigen, dass für eine hinreichend genaue Darstellung des Blasenaufstieges zusätzliche Annahmen getroffen werden müssen. Die Korrelation von Simulationsergebnissen mit physikalischen Versuchen kann nur durch eine deutliche Anpassung des Parameters Fließgrenze erzeugt werden. Vor diesem Hintergrund erweist sich ein analytischer Ansatz auf der Grundlage von messbaren Materialparametern als geeignet, um diese Strömungsvorgänge nachzuvollziehen. Ein Modell zur rechnerischen Ermittlung des Grenzdurchmessers einer ruhenden Luftblase zeigt eine eindeutige Abhängigkeit von der maximalen Fließgrenze als Stoffparameter des umgebenden Materials.
Aktualisiert: 2021-04-15
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Bei der Vor-Ort-Kalibrierung (VOK) von Durchflussmessgeräten mittels Laser-Doppler-Velozimetrie tritt bei gestörten, nicht rotationssymmetrischen Strömungsprofilen eine erhöhte Messunsicherheit auf. Durch die verfahrensbedingte Messung von diskreten Strömungsgeschwindigkeiten auf nur einem Pfad durch die Rohrachse und einer anschließenden Integration der Messwerte zu einem Volumenstrom entsteht eine höhere Messunsicherheit als bei der Anwendung des Verfahrens auf rotationssymmetrische Profile. Vor Ort ist eine Messung des vollständigen Geschwindigkeitsprofils aufgrund mangelnder optischer Zugänglichkeit nicht realisierbar.
In dieser Arbeit wird durch numerische Simulationen der Strömung die Pfadmessung zu einem gesamten Strömungsprofil erweitert. Aus der Integration der Geschwindigkeitswerte des vollständigen Strömungsprofils wird eine Reduktion der Messunsicherheit erzielt.
Kernstück dieser Arbeit sind Reynolds-averaged Navier-Stokes-Simulationen (RANS) von gestörten Rohrströmungen und der Vergleich mit Messergebnissen. Es werden dabei Strömungen durch verschiedene praxisrelevante Rohreinbauten simuliert und mit Messergebnissen von Strömungsprofilen der gleichen Geometrien verglichen. Durch die Variation von RANS-Turbulenzmodellen werden unterschiedlich stark ausgeprägte Abweichungen zum Messergebnis berechnet. Unter den verwendeten RANS-Turbulenzmodellen berechnete ein Reynoldsspannungs-Modell die Strömung zuverlässig mit einer Abweichung kleiner 7 %. In der Literatur häufig verwendete lineare Wirbelviskositätsmodelle lieferten hingegen Ergebnisse mit einer Abweichung von bis zu 14 %.
Zusätzlich wird in der Arbeit ein Interpolationsverfahren zur Verbindung der vorhandenen Pfadmessungen und der Simulationsergebnisse vorgestellt. Durch die Interpolation der Simulationsergebnisse mit einem Messpfad, z. B. Messung aus der VOK, wurde die maximale Abweichung von zuvor 7 % auf kleiner 4,5 % reduziert.
Mit den Erkenntnissen zur Turbulenzmodellierung und Verbindung von Mess- und Simulationsdaten wird mit einem iterativen Verfahren belegt, dass die Messunsicherheit reduziert wird. Die Bestimmung des Volumenstroms aus den integrierten Geschwindigkeitswerten des interpolierten Simulationsergebnisses reduziert die Unsicherheit im besten Fall um 2/3 im Vergleich zur Bestimmung des Volumenstroms allein aus der Integration der Pfadmessung. Im Mittel wird die Unsicherheit um die Hälfte reduziert.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Übersicht
Diese Arbeit befasst sich mit der Simulation von Längswirbeln, die bei modernen Verkehrsflugzeugen
in Hochauftriebskonfiguration auftreten und das aerodynamische Verhalten im
Bereich des maximalen Auftriebs wesentlich beeinflussen. Aus diesem Grund ist eine genaue
Vorhersage dieses Wirbelsystems im Entwurfsprozess erforderlich. Die Untersuchungen umfassen
zwei unterschiedliche Testfälle, die jeweils einen Teil des gesamten charakteristischen
Wirbelsystems realer Flugzeuge im Bereich des Triebwerks abbilden.
Der erste Testfall ist ein generischer, schiebender Flügel mit einem Vorflügel und einer Fowler-
Klappe, wobei der Vorflügel lediglich im äußeren Bereich ausgefahren ist. An der spannweitigen
Schnittfläche des Vorflügels und am Absatz der Flügelvorderkante entstehen Wirbel,
die entlang der Saugseite des Flügels verlaufen und hier das lokale Strömungsfeld wesentlich
beeinflussen. Beim zweiten Testfall wird der Wirbel hinter einem angestellten Delta-Flügel
untersucht. Die Größe, die Pfeilung und der Anstellwinkel des Delta-Flügels wurden so gewählt,
dass der Wirbel in seinen Eigenschaften einem Gondelstrake-Wirbel ähnelt.
Ein Fokus der Untersuchungen liegt auf der Bewertung der Fähigkeit verschiedener Ansätze
zur Behandlung der Turbulenz, die Eigenschaften der unterschiedlichen Wirbel richtig abzubilden.
Für beide Testfälle werden jeweils ein Wirbelviskositätsmodell (Menter-SST), ein
Reynolds-Spannungsmodell (JHh-v2 / SSG/LRR-ω) und eine hybride RANS/LES-Methode
verwendet. Zudem werden die Wirbeleigenschaften beim zweiten Testfall auch anhand von
Stereo-PIV-Messungen im Rahmen eines Windkanalversuchs ermittelt. Es wird gezeigt, dass
das Menter-SST-Wirbelviskositätsmodell in beiden Testfällen nicht in der Lage ist, die Wirbeleigenschaften
richtig zu erfassen. Im Gegensatz dazu kann eine gute Übereinstimmung der
mittleren Strömungseigenschaften des Wirbels zwischen den Reynolds-Spannungsmodellen
und der skalenauflösenden Simulation im ersten Testfall und den Ergebnissen der Stereo-
PIV-Messungen beim zweiten Testfall gezeigt werden. Die turbulenten Größen im Wirbel
werden jedoch auch von den Reynolds-Spannungsmodellen unterschätzt. Hier zeigt die hybride
RANS/LES-Methode eine gute Übereinstimmung mit den Messungen.
Aktualisiert: 2020-12-31
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Am Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart werden numerische Verfahren zur Simulation von Gas- und Plasmaströmungen entwickelt. In diesem Zusammenhang ist in einer Kooperation mit dem Institut für Aerodynamik und Gasdynamik die Software PICLas entstanden. Ein grundlegender Bestandteil von PICLas ist die Direct Simulation Monte Carlo Methode (DSMC), mit der verdünnte Gasströmungen berechnet werden können. Hierbei werden die Atome und Moleküle des Gases durch Simulationspartikel, die miteinander über direkte Kollisionen interagieren, repräsentiert. Auf diese Weise lassen sich thermodynamische Nichtgleichgewichtsphänomene abbilden. Dieses Verfahren ist allerdings bei der Simulation von Kontinuumsströmungen aufgrund des großen Rechenaufwandes nicht anwendbar. Daher wird in dieser Arbeit das partikelbasierte Low Diffusion Verfahren (LD) zur Simulation von Kontinuumsströmungen weiterentwickelt und in PICLas implementiert, um den Anwendungsbereich der Software zu erweitern. Zu den Weiterentwicklungen der LD-Methode zählen der Ausbau des Verfahrens für die Anwendung auf dreidimensionale Strömungsprobleme, die Implementierung dissipativer Transportphänomene und die Entwicklung eines Chemiemodells für die Simulation reaktiver Gase.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Das thermische Verhalten von Werkzeugmaschinen verursacht geometrische Abweichungen an
Werkstücken. In vielen Forschungsarbeiten wurden wertvolle Beiträge zu deren Verbesserung
veröffentlicht. Dabei kommt die Finite-Elemente (FE)- Simulation zum Einsatz. Für diese ist unter anderem der Wärmeübergangskoeffizient als Randparameter notwendig. Insbesondere für Hohlräume, beispielsweise unter der Maschinenverkleidung, gibt es keine Methode diesen schnell zu berechnen. Die vorliegende Arbeit liefert umfangreiche Untersuchungen zu den thermischen Vorgängen in Hohlräumen und deren Auswirkungen auf die thermischen Verlagerungen an
Werkzeugmaschinen. Dafür erarbeitet diese Arbeit eine Methode, um Metamodelle für die schnelle
Berechnung des Wärmeübergangskoeffizienten in Hohlräumen zu erstellen. Mögliche
Hohlraumkonfigurationen werden dafür kategorisiert und für messtechnische Untersuchungen ein Versuchsstand konzipiert. Der Einfluss des Mikroklimas auf die thermischen Verlagerungen wird
analysiert. Dabei wird der Einfluss von Konvektion und Strahlung, der Maschinenverkleidung und des Öffnens der Arbeitsraumtüre untersucht. In dieser Arbeit werden zwei Metamodelle erstellt, für einen Hohlraum mit einer Seitenwand als Wärmequelle und für einen Hohlraum mit mittig platzierter Wärmequelle. Die Anwendung der Metamodelle wird mit der thermischen FE-Simulation einer Werkzeugmaschine erläutert und eine Hilfestellung für die Übertragung auf weitere
Werkzeugmaschinen gegeben.
Aktualisiert: 2022-12-15
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Lehr- und Übungsbuch mit umfassenden Aufgaben- und Lösungsteil
Die Bilanzierung ist ein elementares Handwerkzeug jedes Verfahrensingenieurs. Egal, ob ein Wärmeübertrager oder eine Rektifikationskolonne auszulegen ist, ob der Umsatz in einem kontinuierlichen Reaktor zu bestimmen ist, oder ob für eine Anlage der CO2-Fußabdruck berechnet werden muss - immer führt der Lösungsweg über Bilanzen. Die Grundlagen der Herangehensweisen werden kompakt erklärt und an einem ausführlichen Berechnungsbeispiel erläutert. Dazu bietet dieses Lehr- und Übungsbuch zahlreiche und vielfältigste Aufgaben zur Bilanzierung mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad zu den verschiedenen Themengebieten der Verfahrenstechnik, mithilfe derer die Berechnungsmethoden trainiert und der Lernfortschritt selbst kontrollieren werden kann. Das Buch richtet sich insbesondere an Studierende der Verfahrenstechnik an Universitäten und Hochschulen, eignet sich aber auch für Selbststudium und Fortbildung. Es ist ein praktischer Begleiter von Lehrveranstaltungen und hilfreich für die Prüfungsvorbereitung.
- Durchgängig mit Beispielen veranschaulicht- Ideal für die Prüfungsvorbereitung- Auch zum Selbststudium geeignet
Aktualisiert: 2022-09-30
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