Adaptives Verfahren zur effizienten numerischen Simulation mehr-skaliger Phänomene bei der Windumströmung von Bauwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Guido Morgenthal
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 210860130

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden Methoden zur effizienten numerischen Simulation von Windströmungen um Bauwerke entwickelt. Sie sollen den Besonderheiten solcher Strömungen, insbesondere den Charakteristika bei hohen Reynolds-Zahlen, den sehr unterschiedlichen räumlichen Skalenverhältnisse, der Komplexität der Körpergeometrien sowie den Einflüssen möglicher Strukturschwingungen Rechnung tragen. Die turbulente und teils abgelöste Luftströmung um Bauwerke wird maßgeblich beeinflusst durch die KörpergeometrieStrukturdetails wie Handläufe oder zur Strömungsmanipulation angebrachte Bauteile wie Guide Vanes oder bewegliche Klappen können einen erheblichen Einfluss auf die gesamte Strömung haben. Die Simulation muss daher auf unterschiedlichen Skalen die physikalischen Vorgänge abbilden. Das zu entwickelnde Verfahren basiert auf der zweidimensionalen netzfreien Vortex-Partikel-Methode, die bereits erfolgreich für Berechnungen im Windingenieurwesen, insbesondere an Brücken und Türmen, eingesetzt wird. Die Methode soll erweitert werden um Komponenten, die eine im Strömungsgebiet veränderliche räumliche und zeitliche Diskretisierung sowie Rechengenauigkeit erlauben. Dabei kann auf Vorarbeiten des Antragstellers aufgebaut werden. Die verteilte Adaptivität soll durch Ansätze gesteuert werden, die auf einer Auswertung aktueller Feldparameter basieren und damit die lokal erforderliche Auflösung ermitteln. Die entwickelte adaptive Methode soll an verschiedenen Problemen validiert werden und in der Anwendung eine effiziente und automatisch hinreichend aufgelöste Berechnung komplexer Strömungen um beliebige linienförmige Bauwerke unter Berücksichtigung von Fluid-Struktur-Interaktions-Phänomenen erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen