Numerische Strömungsmechanik, 4. Auflage

Cover......Page 1
Numerische
Strömungsmechanik,
4. Auflage......Page 4
ISBN 9783834815033......Page 5
Vorwort zur 3. Auflage......Page 6
Vorwort zur 4. Auflage......Page 7
Inhaltsverzeichnis......Page 8
Bezeichnungen......Page 12
1.1.1 Einführende Demonstration......Page 19
1.1.2 Modellierung und Simulation in der Strömungsmechanik......Page 23
1.1.3 Strömungsphänomene in Rohrkrümmern......Page 25
1.1.4 Vorbereitung und Durchführung......Page 27
1.1.5 Geschichte......Page 32
1.2.1 Naturkonvektionsströmung in einem Behälter......Page 35
1.2.2 Die Blasenfahne......Page 39
2.1.1 Kontinuumsmechanik......Page 43
2.1.2 Fluide und ihre Eigenschaften......Page 44
2.1.3 Kompressibilität einer Gasströmung......Page 47
2.1.4 Thermische Instabilität der horizontalen Fluidschicht......Page 49
2.1.5 Turbulenz......Page 50
Erzwungene Konvektion......Page 52
Naturkonvektion......Page 55
2.2.1 Eigenschaften von Differentialgleichungen......Page 56
2.2.2 Eindimensionale Grundgleichungen der Stromfadentheorie......Page 60
2.2.3 Vereinfachte Ableitung der Navier-Stokes-Gleichungen......Page 62
2.2.4 Randbedingungen......Page 67
2.2.5 Analytische Lösungen......Page 69
2.2.6 Navier-Stokes-Gleichungen für kompressible Strömung......Page 72
2.2.7 Eindimensionale Stoßausbreitung......Page 74
2.3 Diskretisierung......Page 77
2.3.1 Numerische Ableitungsbildung......Page 78
2.3.2 Zeitdiskretisierung......Page 81
2.3.3 Das Einschrittverfahren mit zentralen Differenzen......Page 86
2.3.4 Lax-Wendroff-Verfahren......Page 91
2.3.5 Finite-Differenzen-Methode für die Poissongleichung......Page 95
2.3.6 DuFort-Frankel-Differenzenverfahren......Page 99
2.3.7 SIMPLE-Methode zur Druckberechnung......Page 104
2.3.8 Grundlagen der Finite-Volumen-Methode......Page 106
2.3.9 Metrikkoeffizienten......Page 112
2.3.10 Finite-Volumen-Methode zur Lösung der Poissongleichung......Page 114
2.4.1 Klassifikation numerischer Netze......Page 117
2.4.2 Generierung strukturierter Netze......Page 124
2.4.3 Transformation auf krummlinige Koordinaten......Page 127
2.4.4 Generierung unstrukturierter Netze......Page 130
2.4.5 Netzadaption......Page 134
2.5 Beispiele Numerischer Methoden......Page 137
2.5.1 Runge-Kutta-Finite-Volumen-Methode......Page 138
2.5.2 Semi-Implizite Finite-Volumen-Methode......Page 144
2.5.3 Taylor-Galerkin-Finite-Elemente-Methode......Page 148
2.2.6. Sie lauten......Page 152
2.6 Simulationsprogramme......Page 156
2.6.1 Übersicht......Page 157
2.6.2 Das Programmsystem Ansys-CFX......Page 158
3.1.1 Gaskinetische Simulationsmethode......Page 161
3.1.2 Lattice-Boltzmann-Methode......Page 166
3.2 Laminare Strömungen......Page 167
3.2.1 Hierarchie der Grundgleichungen......Page 168
3.2.2 Die Euler-Gleichungen der Gasdynamik......Page 169
3.2.3 Potentialgleichung......Page 173
3.2.4 Navier-Stokes-Gleichungen für inkompressible Strömung......Page 176
3.3.1 Direkte Numerische Simulation......Page 179
3.3.2 Reynoldsgleichungen für turbulente Strömungen......Page 184
3.3.3 Prandtlsches Mischungswegmodell......Page 187
3.3.4 Algebraische Turbulenzmodelle......Page 192
3.3.5 Zweigleichungs-Transportmodelle......Page 194
3.3.6 Reynoldsspannungsmodelle......Page 199
3.3.7 Klassifikation von Turbulenzmodellen......Page 203
3.3.8 Grobstruktursimulation......Page 204
3.4.1 Klassifikation von Zweiphasenströmungen......Page 208
3.4.2 Euler-Lagrange-Methode......Page 210
3.4.3 Homogenes Modell......Page 217
3.4.4 Zwei-Fluid-Formulierung für Zweiphasenströmungen......Page 220
3.4.5 Modelle für Blasenströmungen......Page 225
4.1.1 Fehler und Genauigkeit......Page 231
4.1.2 Anforderungen der Strömungsphysik......Page 232
4.1.3 Anforderungen des Ingenieurwesens......Page 234
4.2.1 Rundungsfehler......Page 236
4.2.2 Diskretisierungsfehler......Page 239
4.2.3 Numerische Diffusion......Page 241
4.2.4 Netzverfeinerungsstudie: seitlich beheizter Behälter......Page 242
4.3.1 Vergleich integraler Parameter......Page 243
4.3.2 Detaillierter Vergleich mit Modellexperimenten......Page 244
Rohrkrümmer......Page 245
Blasenfahne......Page 246
Rückwärts geneigte Stufe......Page 247
Kugelumströmung......Page 248
Transsonischer Tragflügel......Page 250
SAE-Kraftfahrzeugkörper......Page 251
Prallstrahl mit Wärmeübergang......Page 252
Kavitation......Page 253
MHD-Strömung......Page 254
5.1.1 Konvektionsströmung in einem Behälter......Page 257
5.1.2 Wärmeübergang eines Heizstabs in einem Kanal......Page 259
5.1.3 Thermische Vermischung in einer Rohrleitung......Page 260
5.2.1 Gravitationsgetriebene zweiphasige Rohrströmung......Page 262
5.2.2 Wassermitriss bei gegengerichteter Schichtenströmung......Page 263
5.2.3 Tragflügel in einem Kanal......Page 264
5.3.1 Strömung in einem großen Behälter mit Einbauten......Page 265
5.3.2 Auflösung einer Dichteschichtung......Page 266
5.3.3 Durchmischung von Gasen unterschiedlicher Temperaturen......Page 268
5.4.1 Strömung durch einen Rückstrombegrenzer......Page 269
5.4.2 Drehschieberpumpe......Page 270
5.4.3 Halteejektor eines Handhabungsroboters......Page 271
5.5.1 Kraftfahrzeugumströmung......Page 272
5.5.2 Motorradumströmung......Page 276
5.5.3 Transsonischer Tragflügel......Page 277
Ausgewählte Literatur......Page 279
Fragenkatalog......Page 283
Sachwortverzeichnis......Page 307