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Projekt
Numerische Fluid-Struktur-Kopplungsverfahren für hochfrequente Oberflächenbewegungen
Antragsteller
Professor Dr. Wolfgang Dahmen
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 202175528
Ziel des Forschungsvorhabens ist die numerische Simulation makroskopisch signifikanter Effekte mikroskaliger Oberflächenstrukturen und Oberflächenanregungen mit Hilfe transversaler Wellen in Spannweitenrichtung zur Vorhersage von Kenndaten einer kompressiblen turbulenten Umströmung wie Widerstandsbeiwerte. Da die mikroskaligen Abmessungen in den betrachteten Strömungsregimen eine unmittelbare Auflösung der Strukturen durch eine Diskretisierung des gesamten Integrationsgebietes ausschließen, sollen sogenannte ¿Upscaling-Methoden¿ auf der Grundlage von Homogenisierungs- bzw. Multiskalenmodellierungsansätzen entwickelt werden, die bei weit gröberer Diskretisierung die mikroskaligen Effekte erfassen können. Diese Methoden sollen dazu beitragen, diejenigen Ribletstrukturen bzw. Frequenzbereiche, die sich auf die turbulente Grenzschicht widerstandsreduzierend auswirken können, in eine für die makroskopische Analyse notwendige Randbedingung zu überführen. Ein zentraler Beitrag der ersten Förderperiode war die Entwicklung eines Rahmens für Störungsansätze, die im Unterschied zu den bekannten Methoden für die avisierten geometrischen und turbulenten Längenskalen geeignet sind. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Identifizierung geeigneter Zellprobleme auf der Mikroskala, deren Lösung zur Formulierung effektiver Randbedingungen auf der Makroskala verwendet werden können. Während die Ausformulierung des Konzepts für laminare Strömungen am transparentesten ist, soll die Übertragung auf turbulente Strömungen über Niedrigparameter-Modelle hinaus letztendlich auf Projektionsmodellen wie der Variational Multiscale Method beruhen, die sich als regularisierte Navier Stokes Gleichungen interpretieren lassen. Aufgrund der Skalenverhältnisse von Turbulenz und Oberflächenstruktur scheint uns die Interaktion zwischen Strömung und Struktur über ein solches in Bezug auf aufgelöste Feinskalen geeignet angepasstes Strömungsmodell am besten erfassbar zu sein. In der ersten Förderperiode lag dabei der Schwerpunkt der Untersuchung auf der Entwicklung einer geeigneten Upscaling-Strategie für stationäre Probleme. Neben der Weiterentwicklung der Konzepte im turbulenten Strömungsregime sollen diese in einer zweiten Phase auf instationäre Anströmungen erweitert werden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich
Professor Dr. Siegfried Müller
