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Dozent:
Übersicht
Die Vorlesung soll Studenten mit Grundkenntnissen in Strömungsmechanik in das für viele praktische Anwendungen so fundamentale und wichtige Grenzschicht-Konzept einführen. Zusätzlich zur Einführung in die theoretischen Grundlagen wird eine Reihe generischer Strömungen vorgestellt, die entweder die vollständigen Navier-Stokes-Gleichungen oder die Grenzschichtgleichungen erfüllen. Damit soll der Student einen Zugang zu den grundlegenden Phänomenen und Zusammenhängen bekommen, bevor er sich dem Studium komplexerer Probleme zuwendet, für die numerische Näherungsverfahren vorgestellt werden.
Umfang und Art der Prüfung
6 LP aus wöchentl. Vorlesung und 14-tg. Übung
Ziele & Motivation
- Reibungseffekte auf wandnahe Schichten beschränkt
- Erklärung des Widerstands
- Ablösungsphänomene
- Laminar-turbulente Transition
- Vorstellung generischer Lösungen (analytisch, empirisch)
- Vorstellung numerischer Lösungsverfahren
- Temperatur- und Kompressibilitätseffekte
- Basis zum Verständnis komplexerer Probleme
Vorlesung Geschwindigkeitsgrenzschichten / Grenzschichttheorie ab SS 2013
apl. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rist
Gliederung
1. Einleitung
2. Analytische Lösungen der Navier-Stokes-Gleichungen
- Die ebene Couette-Strömung
- Die kompressible Couette-Strömung
- Die ebene Kanalströmung (Poiseuille)
- weitere exakte Lösungen mit Grenzschichtcharakter
3. Näherungslösungen der Navier-Stokes-Gleichungen
- Die Grenzschichtgleichungen
- Integrale Betrachtungen
4. Laminare Grenzschichten
- Die Blasius-Grenzschicht
- Die kompressible Plattengrenzschicht
- Keilströmungen nach Falkner-SkanKeilströmungen nach Falkner-Skan
- Die Howarth-Strömung
5. Turbulente Grenzschichten
- Grundlagen
- Die turbulente Plattengrenzschicht
- Grenzschichtdicken und Reibungsbeiwerte der turbulenten Plattengrenzschicht
6. Der laminar-turbulente Umschlag (Übergang, Transition)
- Transitionsmechanismen
- äußere Einflüsse
- Transitionsvorhersage
7. Grenzschichtberechnung für beliebiges Ue(x)
- Integralverfahren
- Finite-Differenzen-Verfahren
8. Turbulenzmodellierung
- Das Baldwin-Lomax-Modell
- Das k-e-Modell
9. 3-D Grenzschichten
- Rotationssymmetrische Grenzschichten
- Schiebewinkeleinfluss (Falkner-Skan-Cooke)
10. Grenzschichtbeeinflussung
Grundlagen:
John D. Anderson, Jr.: Fundamentals of Aerodynamics, McGraw-Hill, 2001
John D. Anderson, Jr.: Introduction to Flight, McGraw-Hill, 2004
Frank M. White: Viscous Fluid Flow, McGraw-Hill, 1974
Hermann Schlichting: Grenzschichttheorie, G. Braun, Karlsruhe, 1982
Hermann Schlichting: Boundary Layer Theory, McGraw-Hill, 1979
Hermann Schlichting, Klaus Gersten: Grenzschicht-Theorie, Springer-Verlag, 9. völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage, 2005, bzw. die engl. Version: Boundary Layer Theory
D.C. Wilcox: Turbulence Modelling for CFD, DCW Industries, La Canada CA, 1998
ergänzende Literatur:
T. Cebeci, A.M.O. Smith: Analysis of Turbulent Boundary Layers, Academic Press, New York
P.J. Schmidt, D.S. Henningson, Stability and Transition in Shear Flows, Springer-Verlag, Applied Mathematical Sciences, Vol. 142, 2001
S.J. Kline, B.J. Cantwell and G.M. Lilley, (eds.), The 1980-81 AFOSR-HTTM-Stanford Conference on Complex Turbulent Flows, Mech. Eng. Dept., Stanford University, 1981
B.S. Baldwin, H. Lomax, Thin Layer Approximation and Algebraic Model for Separated Turbulent Flows, AIAA-Paper 78-257, 1978
H. Myong, N. Kasagi: A new Approach to the Improvement of k-e Turbulence Model for Wall Bounded Flows, JSME Internat. Journal, Serie 2, 33, No. 1, pp. 63-72, 1990
Mohammed Gad-el-Hak: Flow Control: Passive, Active, and Reactive Flow Management, Cambridge University Press, London, 2000
Bedeutung der Grenzschicht
Beispiele für Grenzschichten
Beispiele für Grenzschichten
Leiter Arbeitsgruppe Grenzschichten
Christoph Wenzel
Priv.-Doz. Dr.-Ing.Leiter Arbeitsgruppe Grenzschichten