KONWIHR

KOMPETENZNETZWERK FüR TECHNISCH-WISSENSCHAFTLICHES HOCH- UND HöCHSTLEISTUNGSRECHNEN IN BAYERN

2001S01 DiSiVGT

Arbeitsfeld:

Leistungsfähigere Turbulenzmodelle als algebraische und Zweigleichungs-Modelle werden in der Industrie dringend benötigt. Die Entwicklung verbesserter Modelle setzt neue Modellkonzepte voraus und deren Validierung anhand von vollständigen, zuverlässigen Datensätzen. Direkte numerische Simulationen (DNS) liefern solche Datensätze und enthalten alle Informationen, die zur Entwicklung neuer Turbulenzmodelle benötigt werden. Sie sind zwar auf Strömungen niedriger Reynoldszahl beschränkt, jedoch treten turbulente Strömungen mit lokal niedriger Reynoldszahl so häufig auf (z.B. in Wandnähe oder stromab von Transitionszonen), dass die Durchführung direkter Simulationen und die Verwendung der gewonnenen Daten Sinn macht. Im übrigen ist noch keineswegs bewiesen, dass sich bei hohen Reynoldszahlen generell andere Turbulenz-Mechanismen einstellen als bei niedrigen Re-Zahlen. Es wird daher von einer Übertragbarkeit der gewonnenen Ergebnisse auf den Fall höherer Re-Zahl ausgegangen. Ziel des Projekts ist die Verwendung von DNS-Daten zur Entwicklung eines neuen Viergleichungs-Turbulenzmodells, das die grössten Schwächen von Zweigleichungs-Modellen behebt und bei wesentlich geringerem Rechenaufwand als für Reynolds-Spannungsmodelle das Potential dieser Modelle erreicht Theoretische Arbeiten: Entwicklung von geschlossenen Transportgleichungen für die beiden skalaren Invarianten des Reynoldsschen Anisotropietensors auf der Basis der Invariantentheorie und der Zweipunkt-Korrelationstechnik (Jovanovic et al. 1995, 1996) Verbesserte Modellierung der (k,() - Gleichungen, basierend auf der Berücksichtigung der Turbulenz-Anisotropien und des Reynoldszahleinflusses Erarbeitung algebraischer Beziehungen für die Modellierung der Reynoldsschen Spannungen als Funktion des mittleren Geschwindigkeitsfeldes, der turbulenten kinetischen Energie und ihrer Dissipationsrate sowie der Anisotropie und Reynoldszahl der Turbulenz. Numerische Arbeiten: Durchführung direkter numerischer Simulationen homogener Scherturbulenz bei Scherraten vergleichbar denen wandgebundener Turbulenz. Dabei sind dieselben kohärenten Strukturen zu erwarten wie in Wandnähe. Homogene Turbulenz ist durch starkes Nichtgleichgewicht zwischen Produktion und Dissipation von Turbulenz-Energie gekennzeichnet. Durchführung direkter Simulationen wandgebundener Turbulenz (Kanal- und Grenzschicht-Strömungen) bei unterschiedlichen Reynoldszahlen. Im logarithmischen Bereich liegt Gleichgewicht zwischen Produktion und Dissipation von Turbulenz-Energie vor. Auswertung der DNS-Daten im Hinblick auf die Entwicklung/Validierung des neuen Turbulenzmodells , seiner generellen Ansätze und Modellkonstanten.