Institut für Aerodynamik und Gasdynamik

Grenzschichtströmungen

Grenzschichtströmungen, Vorlesung Master IAG

                                                    

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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

Dieses Bild zeigt  Ulrich Rist
apl. Prof. Dr.-Ing.

Ulrich Rist

Stellvertretender Direktor / Leiter Grenzschichten

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