Turbulenzmodelle

[ipskab]

Hallo,

eine denkbar einfache Frage hätte ich an euch:

Es liegt eine laminare Strömung vor und man berechnet sie trotzdem mit einem Turbulenzmodell, kriegt man dann gleiche bzw. sehr ähnliche Ergebnisse oder doch etwas anderes?

Bei turbulenten Strömungen werden Zusatzterme (Fluktuations- oder Schwankungsterme) eingeführt, die dann mit Hilfe von Modellierungen gelöst werden. Bei laminaren Strömungen existieren (per Definition) keine Querbewegungen, also auch keine Schwankungsbewegungen. "Checkt" ein Turbulenzmodell diesen Umstand und vereinfachen sich dann die zu lösenden Gleichungen um diese Zusatzterme oder was passiert da genau?

Vielleicht kann mir da einer eine Aussage geben, herzlichen Dank.

 

[ROOT]

Kommt halt drauf an wie du deine Ansätze wählst. Sorry aber die Frage ist etwas komisch. Erstmal gibts ja nicht "das" Turbulenzmodell. Liegt näherungsweise eine nicht-turbulente Strömung vor, dann wird ein entsprechend eingestelltes Turbulenzmodell halt kleine, aber vorhandene Zusatzterme einbringen.
Dass diese ggf. vernachlässigbar klein sind liefert ja gerade die Motivation dafür, solche Probleme bspw. laminar zu lösen.

 

[ipskab]

Es ist schon klar, dass es nicht nur "das" eine Turbulenzmodell gibt^^
Habe ich eine längs-angeströmte Platte, wird die Strömung mit steigender Plattenlänge turbulent. Sowas können dann auch nur Turbulenzmodelle berechnen, aber vorher müssten sie ja die laminare Strömung auch irgendwie gerechnet haben. Also liegt die Vermutung nahe, wie du auch schon gesagt hast, dass sie natürlich die Zusatzterme rechnen, aber die kaum ins Gewicht fallen.

Worauf ich hinaus wollte ist, ob mir jemand eine konkrete Antwort geben kann, ob eine wirklich rein-laminare Strömung mit Turbulenzmodellen gerechnet auch zum nahezu gleichen Ergebnis kommen, als wenn mans von vorne herein laminar rechnen ließe.

 

[ROOT]

Ja.
Im Rahmen der Modellierung sollte die Lösung dann sogar exakt sein.

Wenn du das mit Turbulenz rechnest fallen ja, simpel gesprochen, sowieso nur die Terme wieder weg, die in deinem laminaren Modell von vornherein rausgeschmissen wurden.

 

[DrunkenSheeP]

Nope². Woher soll denn dein Turbulenzmodell wissen ob gerade turbulente oder laminare Strömung vorliegt?

Beispiel: Du berechnest die Strömung um ein aerodynamisches Profil. Physikalisch wird die Strömung (genau wie bei der ebenen Platte) an einem bestimmten Punkt von laminar auf turbulent umschlagen. Rechnest du den gesamten Fall mit eingeschaltenem Turbulenzmodell, dann wirst du keine realitätsnahen Ergebnisse bekommen. Betrachtest du z.B. den Widerstand des Profils, so wird dieser zu groß sein, da die viskose Wandreibung im turbulenten Fall viel größer ist. Wenn man nach dem maximalen Anstellwinkel sucht, ab dem die Strömung vom Profil ablöst, wirst du einen größeren Winkel bekommen, da die Strömung energiereicher ist und somit länger anliegen kann.

Die auftretenden Abweichungen von der realen Strömung sind ggf. nicht besonders groß, aber wenn du genaue Ergebnisse brauchst dann solltest du nicht voll-turbulent rechnen. Im Fall von Profilen würde man z.B. versuchen abzuschäten an welcher Stelle die Transition von laminar zu turbulent statt findet. Dazu würde man zunächst die Strömung mit einer einfachen und schnellen Methode, wie z.B. einem Panel-Verfahren berechnen. Dann sucht man sich den Punkt an dem die minimale Druckspitze auftaucht (z.B. bei 4% der Profiltiefe) und geht davon aus, dass dort der Umschlag statt findet. Bei dem RANS-Verfahren müsste man jetzt die Randbedingungen so wählen, dass bis 4% laminar gerechnet wird und ab dann turbulent.

Dieses Vorgehen ist im übrigen unabhänig vom Turbulenzmodell. Egal ob du MenterSST, k-epsilon, k-omega oder sonst was verwendest. Modelle welche die Transition berücksichtigen gibt es noch nicht wirklich.

In technischen Strömungen kann aber sehr häufig davon ausgegangen werden, dass entweder reine laminare oder reine turbulente Strömung vorliegt. Dazu muss man sich die Reynoldszahlen des Problems ansehen und sich überlegen wie denn die Einströmbedingungen sind.

Check?

 

[ipskab]

jawoll, vielen dank drunkensheep
auch an root!