Kursinformation

English version

Turbulent transport mechanisms are based on the interaction of temporal and spatial fluctuations of pressure, density and velocity, which are spread over a wide range of scales. A detailed prediction of these extremely complex phenomena requires the resolution of the entire spectrum of turbulent scales and consequently an extremely fine resolution in time and space is needed. Since, for industrial applications, this is often not possible due to extremely high computational costs, many simulation approaches have been developed which model the influence of the non-resolved turbulent fluctuations on the mean flow instead of computing them directly. However, the quality and efficiency of these approaches is strongly problem-dependent, and an appropriate calibration of model and simulation parameters is required. Focus of this course are the mathematical principles, prerequisites and properties of turbulence modelling approaches, in the order of the degree of modelling complexity and resource usage. Following an introduction of the basic concepts of turbulent flows, the most widely used modelling approaches are classified and examined from a physical point of view with regards to their importance and applicability. In addition, the course deals with practical aspects of flow simulation (boundary conditions, grid generation, evaluation of the results, etc.). The understanding of the usability and practical relevance of individual methods will be supported by their implementation and investigation in the context of simple, but significant, flow configurations.

German version

Turbulente Transportmechanismen basieren auf dem Zusammenspiel von zeitlichen und räumlichen Fluktuationen von Druck, Dichte und Geschwindigkeit über einen weiten Bereich von Skalen. Eine detaillierte Vorhersage dieser äußerst komplexen Phänomene erfordert die Auflösung des gesamten Spektrums turbulenter Skalen und damit eine extrem feine zeitliche und räumliche Auflösung. Da dies für industrielle Anwendungen aufgrund der extrem hohen Rechenkosten oft nicht möglich ist, wurden viele Simulationsansätze entwickelt, die den Einfluss der unaufgelösten turbulenten Fluktuationen auf die mittlere Strömung modellieren, anstatt sie direkt zu berechnen. Die Qualität und Effizienz dieser Ansätze ist jedoch stark problemabhängig und erfordert eine geeignete Kalibrierung der Modell- und Simulationsparameter. Schwerpunkt dieses Kurses sind die mathematischen Grundlagen, Voraussetzungen und Eigenschaften von Turbulenzmodellierungsansätzen, geordnet nach dem Grad der Modellierungskomplexität und dem Berechnungsaufwand. Nach einer Einführung in die grundlegenden Konzepte turbulenter Strömungen werden die gebräuchlichsten Modellierungsansätze klassifiziert und aus physikalischer Sicht auf ihre Bedeutung und Anwendbarkeit hin untersucht. Darüber hinaus werden praktische Aspekte der Strömungssimulation (Randbedingungen, Gittergenerierung, Auswertung der Ergebnisse usw.) behandelt. Das Verständnis für die Anwendbarkeit und Praxisrelevanz der einzelnen Methoden wird durch deren Implementierung und Untersuchung im Rahmen einfacher, aber aussagekräftiger Strömungskonfigurationen unterstützt.