Numerische und experimentelle Untersuchung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung für turbulente dreidimensionale Strömungen - Prinzipkonfiguration FLUSTRUC

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Breuer
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5469913

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel dieses Projektes war es, das Prinzipexperiment FLUSTRUC zur Fluid-Struktur-Wechselwirkung aufzubauen und unter klar definierten Randbedingungen umfangreich im Wasserkanal mittels optischer Messverfahren zu vermessen. Die Ergebnisse wurden einerseits zur Validierung der im numerischen Teil dieses Projektes durchgeführten Entwicklungsarbeiten eingesetzt und andererseits den übrigen Partnern der Forschergruppe zur Verifikation ihrer Modellierungsansätze und Simulationstechniken zur Verfügung gestellt. Die Modellkonfiguration bestand aus dünnwandigen Strukturen, die durch die Strömung zu periodischen Schwingungen angeregt wurde. Sowohl laminare als auch turbulente Fälle wurden vermessen und analysiert. Im numerischen Teil des Projekts stand die Entwicklung einer für wirbelauflösende Simulationsverfahren (Large-Eddy-Simulation) geeigneten FSI-Kopplungsstrategie im Mittelpunkt. Dazu wurde ein neues Kopplungsschema entwickelt, das einerseits eine starke Kopplung zwischen der Strömung und der Struktur garantiert, andererseits aber den für wirbelauflösende Verfahren typischen expliziten Charakter des Lösungsverfahrens beibehält. Das neue Kopplungsverfahren wurde umfangreich validiert und für verschiedenste Testfälle erfolgreich eingesetzt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Experimental Study on a Fluid{Structure Interaction Reference Test Case, In: Bungartz, H.-J., Schafer, M. (eds.) Fluid-Structure Interaction, Lecture Notes in Computational Science and Engineering Volume 53. 2006, pp 356-370, Springer, Heidelberg
  Gomes, J.P., Lienhart, H.
  
• Fluid-Structure Interaction Using LES - A Partitioned Coupled Predictor-Corrector Scheme. Proc.in Applied Mathematics and Mechanics, PAMM, vol. 8. 2008, Issue 1, pp. 10515-10516.
  Breuer, M., Munsch, M.
  
• FSI of the Turbulent Flow around a Swiveling Flat Plate Using Large-Eddy Simulation. Proceedings of the Int. Workshop on Fluid-Structure Interaction: Theory, Numerics and Applications, Herrsching am Ammersee (Munich), Germany, Sept. 29 - Oct. 1, 2008, pp. 31- 42, eds. Hartmann et al., ISBN 978-3-89958-666-4, Kassel Univ. Press, Kassel, (2009).
  Breuer, M., Munsch, M.
  
• Reference Test Cases for Fluid - Structure Interaction Studies. Proceedings of the Int. Workshop on Fluid - Structure Interaction: Theory, Numerics and Applications, Herrsching am Ammersee (Munich), Germany, Sept. 29 - Oct. 1, 2008, pp. 131-146, eds. Hartmann et al., ISBN 978-3-89958-666-4, Kassel Univ. Press, Kassel, (2009).
  Gomes J.P., Lienhart, H.
  
• Experimental Benchmark: Self-Excited Fluid-Structure Interaction Test Case, In: Bungartz et al. (eds.), Fluid-Structure Interaction II: Modelling, Simulation, Optimization. Lecture Notes Comput. Sci. & Eng., LNCSE, 73, pp. 383-411, ISBN 978-3-642-14205-5, Springer, Heidelberg, 2010.
  Gomes, J.P., Lienhart, H.
  
• Flow-induced Oscillation of a Flat Plate: A Fluid-Structure Interaction Study Using Experiment and LES. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design, vol. 112. 2010, pp. 347-354, Springer, ISBN 978-3-642-14242-0.
  Gomes, J., Munsch, M., Breuer, M., Lienhart, H.
  
• LES Meets FSI: Important and Modeling Aspects, Proceedings of the Seventh Int. ERCOFTAC Workshop on DNS and LES: DLES-7, Trieste, Italy, Sept. 8-10, 2008, ERCOFTAC Series, vol. 13.2010, pp. 245-251, Direct and Large{Eddy Simulation VII, eds. A. Vincenzo, B.J. Geurts, J. Frohlich, ISBN 978-90-481-3651-3, Springer, Science+Business Media B.V., (2010).
  Breuer, M., Munsch, M.
  
• Numerical Simulation of Fluid{Structure Interaction Using Eddy-Resolving Schemes, In: Bungartz et al. (eds.), Fluid-Structure Interaction II: Modelling, Simulation, Optimization. Lecture Notes Comput. Sci. & Eng., LNCSE, 73, pp. 221-253, ISBN 978-3-642-14205-5, Springer, Heidelberg, 2010.
  Munsch, M., Breuer, M.
  
• Time-Phase Resolved Optical Measurements on Two-Dimensional FSI Problems. Physics Procedia, vol. 5. 2010, Part B, pp. 679-688.
  Gomes, J.P., Lienhart, H.
  
• Experimental and Numerical Study on a Fluid-Structure Interaction Reference Test Case. Journal of Fluids and Structures, Vol. 27. 2011, Issue 1, Pp. 43–61.
  Gomes, J.P., Yigit, S., Lienhart, H., Schafer, M.
  
• Fluid-Structure Interaction of a Flexible Structure in a Turbulent Flow using LES. In:Direct and Large-Eddy Simulation VIII, eds. H. Kuerten, B.J.Geurts, V. Armenio, J. Frohlich, Proc. of the Eighth Int. ERCOFTAC Workshop on DNS and LES: DLES-8, Eindhoven University of Technology, Netherlands, July 7-9, (2010), ERCOFTAC Series, vol. 15, pp. 449-454, ISBN 978-94-007-2481-5, Springer Science+Business Media B.V., 2011.
  Breuer, M., De Nayer, G., Munsch, M.
  
• Fluid-Structure Interaction in Turbulent Flows and the Influence of LES Subgrid-Scale Models. CD-ROM Proc. of the 6th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2012), Sept. 10-14, 2012, Vienna, Austria, Eds.: Eberhardsteiner, J.; Bohm, H.J.; Rammerstorfer, F.G., Publisher: Vienna Univ. of Techn., Austria, ISBN 978-3-9502481-9-7, 2012, pp. 3944-3963.
  Munsch, M., Delgado, A., Breuer, M.
  
• Fluid-Structure Interaction Using a Partitioned Coupled Predictor-Corrector Scheme for the Application of Large-Eddy Simulation, Journal of Fluids and Structures, Vol. 29. 2012, pp. 107–130.
  Breuer, M., De Nayer, G., Munsch, M., Gallinger, T., Wuchner, R.
  
• Fluid-Structure Interaction-Induced Oscillation of Flexible Structures in Laminar and Turbulent Flows, Journal of Fluid Mechanics, vol. 715. 2013, pp. 537-572.
  Gomes, J.P. Lienhart, H.