Strömungsphysik at Universität Hamburg

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Wie werden Schließungsansätze klassifiziert und welche Grundtypen von Turbulenzmodellen existieren?

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Was verstehen Sie unter dem Wirbelviskositätskonzept?

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Mit welchen Kennzahlen wird das Verhältnis von turbulentem Impulstransport zu turbulentem Stoff- bzw. Wärmetransport charakterisiert? Worin unterscheiden sic diese Kennzahlenvon ihren molekularen Äquivalent?

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Ist das WVK auf Wandnahe turbulente Strömungen anwendbar?

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Was ist der Gedächniseffekt turbulenter Strömungen und welche Folgen hat dieser für die Anwendung der Wirbelviskositätshypothese?

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Beschreiben Sie eine Implementierung des WVK für eine wandnahe turbulente Strömung

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Beschreiben Sie Ableitung der zeitlich gemittelten Impulserhaltungsgleichung. 

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Wie wird die zeitlich gemittelte Impulserhaltungsgleichung genannt? 

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Welches Problem ergibt sich erstmals bei der Ableitung der Reynoldsgleichung bezüglich der Lösbarkeit 

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Was verstehen Sie unter Reynoldsspannungen? Was für Auswirkungen haben Sie? 

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Wie entstehen Reynoldsspannungen physikalisch und mathematisch?

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Was ist ein Schließungsproblem von turbulenten Strömungen? Wie versucht man es zu lösen?

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Strömungsphysik

Wie werden Schließungsansätze klassifiziert und welche Grundtypen von Turbulenzmodellen existieren?

Sortiert nach Komplexität - wie viele Unbekannte hat mathematisches Schließungsproblem

2 Typen:

- 1. Ordnung --> Rückführung auf bekannte Größen, die schon in Gleichungen enthalten sind, durch Korrelation zwischen zweier Austauschgrößen

-Höherer Ordnung --> Zusätzlich Ableitungen aus Transportgleichungen sehr formal mathematisch


Es gilt Kompromiss zwischen Rechenaufwand und Bestimmung und Gültigkeit zu finden  

Strömungsphysik

Was verstehen Sie unter dem Wirbelviskositätskonzept?

- Turbulenz Modell 1. Ordnung

- Turbulente Korrelationen in eine scheinbare Viskousität stecken

--> Umlagerung und damit Vereinfachung des Problems

--> Annahme turbulenter Impulsaustausch ist Proportional zum mittleren Geschw. Grad.

- So durch Austausch Ansatz auf bekannte Strömungsgradienten schließen

Strömungsphysik

Mit welchen Kennzahlen wird das Verhältnis von turbulentem Impulstransport zu turbulentem Stoff- bzw. Wärmetransport charakterisiert? Worin unterscheiden sic diese Kennzahlenvon ihren molekularen Äquivalent?

- Turbulente Schmidt und Prantl Zahl (Geschw. v im Verhaltnis zu (1) und zu (2))

- auch keine Fluideigenschaften wie im Molekularen, sondern Strömungseigenschaften

- Eigenschaften durch äquivalente Größen ersetzt:

molekulare -> turbulente (Diffusivität(1), Wärmeleitfähigkeit(2), Viskousität etc.)


- Molekulare haben noch Wirkung, turbulente Auswirkungen überwiegen aber

 -->  molekulare werden vernachlässigt

Strömungsphysik

Ist das WVK auf Wandnahe turbulente Strömungen anwendbar?

- wandnahe werden Wirbel kleiner (+ Einfluss laminarer Schicht)

- Wirbelviskosität und Wandabstand sind voneinander Abhängig

--> Wandnahe nicht so gut

- Am besten, wo turbulente Dissipation im GG mit Produktion turbulenter Bewegung 

- Auf schlau: Bereich indem Scherinduzierte Turbulenz und Scherinduzierte Energievernichtung im GG stehen, funktioniert dieses Modell 

-  Nicht gut am Oberrand der ATM



Strömungsphysik

Was ist der Gedächniseffekt turbulenter Strömungen und welche Folgen hat dieser für die Anwendung der Wirbelviskositätshypothese?

In Strömung gibt es zeitliche und räumliche Schwankungen 

- Effekt beschreibt Einfluss von vorhergehenden zeitlichen und räumlichen Momenten

- Unser Konzept beschreibt lediglich lokal zeitliche Änderung --> Keine Adektion

-  Bsp: Raumhistorie --> Luftströmung über Stadt mit Hindernissen --> in Lee sieht man Wirkungen der entstandenen Turbulenz --> Advektion 

Strömungsphysik

Beschreiben Sie eine Implementierung des WVK für eine wandnahe turbulente Strömung

- Übertragung von turbulenten unbekannten Größen auf Rückführung zu bekannten Strömungsgrößen mittels Austauschansatz

- Annahme linearen Verhaltens (v proportional zu l*v --> alles turbulente charakterische Eig. der Quer Strömung) 

--> Prantlscher Mischungsweg Ansatz(PMWA)

- Gilt nicht universell, Approximiert aber ziemlich gut (Implementiert kein Gedächniseffekt)

- konstante muss experimentell bestimmt werden

- PMWA ist gilt dort, wo weitgehend Produktion und Dissipation von Turbulenz im ausgleich stehen (Bsp. Gleichgewichtsgrenzschichten)

Strömungsphysik

Beschreiben Sie Ableitung der zeitlich gemittelten Impulserhaltungsgleichung. 

- Wird durch einsetzen der Reynoldszerlegung  für Druck und Geschw. bestimmt

- zeitliche Mittelung für statistisch stationäre Strömung

- treten zusätzlich zu stokeschen Normal und Scherspannungen noch turbulente Terme auf (Mischungsterme)

- Diese sind dann die Turbulenten Spannungen --> Reynoldsspannungen

Strömungsphysik

Wie wird die zeitlich gemittelte Impulserhaltungsgleichung genannt? 

- Reynoldsgleichung 

- Grundlegend für gesamte Strömungs- und Fluiddynamik

Strömungsphysik

Welches Problem ergibt sich erstmals bei der Ableitung der Reynoldsgleichung bezüglich der Lösbarkeit 

- Es treten weitere unbekannte turbulente Größen in Erhaltungsgl. auf

- sogennate Reynoldsspannungen --> turbulente Reibungskräfte zusätzlich zu den molekularen

- zu mathematisch mehr Variablen, als unabh. Gleichungen --> Mathematisches Schließungsproblem 

- Gleichungen gelten nach wie vor, ist nur nicht einfach genau zu bestimmen, da turbulente Größen Strömungseigenschaften sind 

Strömungsphysik

Was verstehen Sie unter Reynoldsspannungen? Was für Auswirkungen haben Sie? 

- turbulente Reibungskräfte, die durch Auftreten von Turbulenz entstehen

- zusätzlich zu molekularen viskosen Kräften

- Entstehen durch großen Impulsaustausch quer zur Hauptströmungsrichtung und sind somit viel größer als molekulare Spannungen

- Einfluss auf Hauptströmung durch den Impulsfluss in Form von turbulenter Spannung

- Immer Negatives Vorzeichen, da Impuls aus Hauptströmung fließt



Strömungsphysik

Wie entstehen Reynoldsspannungen physikalisch und mathematisch?

- Aufgrund höherer Reynoldszahl entstandener Turbulenz kommt es zu größerem turbulentem Impulsaustausch quer zur Strömungsrichtung, teils entgegengesetzt

- In form von Reibung und nennnen wir äquivalent turbulente Scherspannungen

Strömungsphysik

Was ist ein Schließungsproblem von turbulenten Strömungen? Wie versucht man es zu lösen?

- durch turbulente zusätzliche Terme Gleichungssystem nicht exakt bestimmbar


- Versuch Korrelationen zu finden und unbekannte Größen auf bekannte Strömungseigenschaften/Größen zurückzuführen

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