Strömungen in Kanälen mit rauen Wänden: DNS-Lösungen zur Validierung des RANS-Dissipationsmodells

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Herwig
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 182026990

Als grundlegende Alternative zur experimentellen Bestimmung von Verlusten in Impuls- und Wärmeübertragungsprozessen besteht die Möglichkeit, diese detailliert zu berechnen. Als besonderes Problem erweist sich dabei der Fall, dass Wände eine nicht zu vernachlässigende Rauheit aufweisen, die insbesondere bei turbulenten Strömungen einen starken Einfluss auf die Verluste bei den Übertragungsprozessen hat. Über die Bestimmung der Entropieproduktion für die Übertragungsprozesse gelingt es, sowohl eine Aussage über die genaue Verteilung der Verluste im Strömungs- und Temperaturfeld als auch über die globalen Übertragungsbeiwerte zu erlangen. Für turbulente Strömungen muss dies auf der Basis von zeitgemittelten Gleichungen (RANS) erfolgen, die zwangsläufig Turbulenzmodelle enthalten. Bezüglich der Entropieproduktion sind diese Modelle bisher nicht validiert worden. Diese Validierung ist das zentrale Anliegen des vorliegenden Antrages. Dazu sollen für ausgesuchte Geometrien (Kanalströmungen) und spezielle Wandrauheiten (periodische 2D-Rauheiten) DNS-Lösungen erzeugt werden, die definitionsgemäß ohne Turbulenzmodellierung entstehen und deshalb zur Modellvalidierung herangezogen werden können. Zusätzlich sollen Wandfunktionen für die Entropieproduktion auf ihre Tauglichkeit im Zusammenhang mit der Berechnung turbulenter Strömungen über rauen Wänden untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen