Ein Beitrag zur numerischen Simulation von Fluid-Struktur-Interaktionen: Grundlagenuntersuchungen und Anwendung auf Membrantragwerke
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2003
|
| Schriftenreihe: | Berichte aus der Strömungstechnik
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Enth. Zsfassung in engl. und dt. Sprache |
| Beschreibung: | XIV, 215 S. Ill., graph. Darst. |
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INHALTSVERZEICHNIS
FORMELZEICHEN
UND
ABKUERZUNGEN
X
1
EINLEITUNG
1
1.1
FLUID-STRUKTUR-WECHSELWIRKUNGEN
IN
NATUR
UND
TECHNIK
.
1
1.2
MEMBRANTRAGWERKE
.
3
1.3
STAND
DER
FORSCHUNG
.
6
1.3.1
WINDEINWIRKUNGEN
IM
BAUWESEN
.
6
1.3.1.1
HISTORISCHER
ABRISS
.
6
1.3.1.2
DIN-REGELWERK
UND
EXPERIMENTELLE
BASISARBEITEN
.
7
1.3.1.3
BERECHNUNGSVERFAHREN
.
10
1.3.2
NUMERISCHE
FLUID-STRUKTUR-WECHSELWIRKUNG
.
11
1.3.2.1
KOMPLEXITAET
DER
MODELLE
.
11
1.3.2.2
KOPPLUNGSALGORITHMEN
.
12
1.3.2.3
GITTERBEHANDLUNG
.
13
1.4
ZIELSETZUNG
DER
ARBEIT
.
14
1.5
INHALTSUEBERSICHT
.
15
2
PHYSIKALISCHE
GRUNDLAGEN
17
2.1
STROEMUNGSMECHANIK
.
17
2.1.1
GRUNDGLEICHUNGEN
.
17
2.1.2
TURBULENTE
STROEMUNGEN
.
18
2.1.2.1
REYNOLDS-GEMITTELTE
NAVIER-STOKES-GLEICHUNGEN
(RANS)
.
19
2.1.2.2
LARGE-EDDY-SIMULATION
(LES)
.
23
2.1.3
ANFANGS
UND
RANDBEDINGUNGEN
.
26
2.1.3.1
EINSTROEMFLAECHEN
.
26
2.1.3.2
AUSSTROEMFLAECHEN
.
26
VI
2.1.3.3
WAENDE
.
27
2.1.3.4
SYMMETRIEFLAECHEN
.
28
2.1.3.5
PERIODISCHE
RANDFLAECHEN
.
28
2.2
STRUKTURMECHANIK
.
29
2.2.1
GRUNDGLEICHUNGEN
.
29
2.2.2
STRUKTURMECHANISCHE
PROBLEMKLASSEN
.
29
2.2.3
TRAGWERKSMODELLE
.
30
2.2.3.1
BALKEN
.
32
2.2.3.2
PLATTE
.
34
2.2.3.3
MEMBRAN
.
36
2.3
DIMENSIONSLOSE
KENNZAHLEN
.
39
3
NUMERISCHES
VERFAHREN
41
3.1
NUMERISCHE
STROEMUNGSMECHANIK
.
41
3.1.1
FINITE-VOLUMEN-METHODE
.
41
3.1.1.1
AENDERUNGSRATE
.
45
3.1.1.2
KONVEKTIVE
FLUESSE
.
46
3.1.1.3
DIFIUSIVE
FLUESSE
.
49
3.1.1.4
QUELLTERM
.
49
3.1.1.5
ALGEBRAISCHES
GLEICHUNGSSYSTEM
.
50
3.1.2
LOESUNGSMETHODE
.
50
3.1.2.1
ITERATIONSVERFAHREN
MIT
DRUCK-GESCHWINDIGKEITS-KOPPLUNG
50
3.1.2.2
MEHRGITTERVERFAHREN
.
51
3.1.2.3
PARALLELISIERUNG
UND
VEKTORISIERUNG
.
53
3.2
NUMERISCHE
STRUKTURMECHANIK
.
54
3.2.1
FINITE-ELEMENTE-METHODE
.
54
3.2.2
BEWEGUNGSGLEICHUNG
.
55
3.2.3
ZEITINTEGRATION
.
56
3.3
FLUID-STRUKTUR-KOPPLUNG
.
56
3.3.1
GLOBALER
KOPPLUNGSALGORITHMUS
.
56
3.3.2
ITERATIONSSTEUERUNG
IM
CFD-PROGRAMM
.
59
3.3.3
PRAEDIKTOR
FUER
DIE
STRUKTURLAGE
ZUM
NEUEN
ZEITSCHRITT
.
64
3.3.4
ADAPTION
DES
FLUIDGITTERS
.
65
3.3.4.1
LINEARE
INTERPOLATION
.
65
VII
3.3.4.2
TRANSFLNITE
INTERPOLATION
.
66
3.3.5
DATENINTERPOLATION
.
68
3.3.5.1
NEXT-NEIGHBOR-INTERPOLATION
.
68
3.3.5.2
BILINEARE
INTERPOLATION
.
68
3.3.5.3
KONSERVATIVE
INTERPOLATION
.
69
3.3.6
ARCHITEKTUR
DES
PROGRAMMPAKETES
.
71
3.3.6.1
GEOMETRIEMODELLIERUNG
UND
GITTERGENERIERUNG
.
71
3.3.6.2
GEKOPPELTE
SIMULATION
.
73
3.3.6.3
POSTPROCESSING
.
74
4
VALIDIERUNG
DER
PROGRAMMERWEITERUNGEN
76
4.1
ZEITLICH
DEFORMIERBARE
GITTER
.
75
4.1.1
STROEMUNG
IN
EINER
DUESE
.
75
4.1.1.1
BESCHREIBUNG
DES
TESTFALLS
.
75
4.1.1.2
DETAILS
DER
NUMERISCHEN
SIMULATION
.
76
4.1.1.3
ERGEBNISSE
.
77
4.1.2
STROEMUNG
IN
EINEM
KANAL
MIT
ZEITLICH
BEWEGTER
EINENGUNG
.
78
4.1.2.1
BESCHREIBUNG
DES
TESTFALLS
.
79
4.1.2.2
DETAILS
DER
NUMERISCHEN
SIMULATION
.
80
4.1.2.3
ERGEBNISSE
.
81
4.2
LARGE-EDDY-SIMULATION
.
85
4.2.1
STROEMUNG
IN
EINEM
EBENEN
KANAL
BEI
RE
T
=
590
.
86
4.2.1.1
DETAILS
DER
NUMERISCHEN
SIMULATION
.
86
4.2.1.2
ERGEBNISSE
.
88
4.2.2
STROEMUNG
IN
EINEM
EBENEN
KANAL
BEI
RE
T
=
1655
.
91
4.2.2.1
DETAILS
DER
NUMERISCHEN
SIMULATION
.
91
4.2.2.2
ERGEBNISSE
.
92
5
STROEMUNGSINDUZIERTE
UND
FLUIDGEDAEMPFTE
STRUKTURSCHWINGUNGEN
94
5.1
RECHTECKPLATTE
.
94
5.1.1
BERECHNUNGSGEBIETE
.
95
5.1.1.1
STROEMUNGSBERECHNUNG
.
95
5.1.1.2
STRUKTURBERECHNUNG
.
96
5.1.2
NUMERISCHE
SIMULATIONEN
.
97
VIII
5.1.2.1
GEDAEMPFTE
PLATTENSCHWINGUNG
IM
RUHENDEN
FLUID
.
97
5.1.2.2
SPRUNG
IN
DER
ANSTROEMGESCHWINDIGKEIT
.
102
5.1.2.3
HARMONISCH
OSZILLIERENDE
ANSTROEMGESCHWINDIGKEIT
.
106
5.2
WINKELPLATTEN
.
114
5.2.1
BERECHNUNGSGEBIETE
.
114
5.2.1.1
STROEMUNGSBERECHNUNG
.
114
5.2.1.2
STRUKTURBERECHNUNG
.
116
5.2.2
NUMERISCHE
SIMULATIONEN
.
117
5.2.2.1
STATIONAERER,
LAMINARER
NACHLAUF
(RE
=
50)
.
119
5.2.2.2
INSTATIONAERER,
PERIODISCHER
NACHLAUF
(RE
=
200)
.
125
5.2.2.3
APERIODISCHER
NACHLAUF
(RE
=
500)
.
130
5.3
ZUSAMMENFASSUNG
DER
UNTERSUCHUNGEN
AN
DEN
RECHTECK
UND
WINKELPLATTEN
.
135
5.3.1
ERSATZSCHAUBILDER
ZU
DEN
EINZELNEN
TESTFAELLEN
.
135
5.3.2
ERKENNTNISSE
AUS
DEN
GEKOPPELTEN
SIMULATIONEN
.
137
6
ANWENDUNGEN
AUS
DEM
BAUWESEN
139
6.1
MEMBRANDACH
.
139
6.1.1
BERECHNUNGSGEBIETE
.
141
6.1.1.1
STROEMUNGSBERECHNUNG
.
141
6.1.1.2
STRUKTURBERECHNUNG
.
142
6.1.2
NUMERISCHE
SIMULATIONEN
.
142
6.1.2.1
KONSTANTE
ANSTROEMUNG
BEI
WINDSTAERKE
11
.
142
6.1.2.2
INSTATIONAERE
WINDBOEE
.
147
6.2
MOBILES
SCHIRMDACH
.
151
6.2.1
WINDKANALVERSUCHE
.
151
6.2.2
BERECHNUNGSGEBIETE
.
154
6.2.2.1
STROEMUNGSBERECHNUNG
.
154
6.2.2.2
STRUKTURBERECHNUNG
.
156
6.2.3
NUMERISCHE
SIMULATIONEN
.
157
6.2.3.1
STATIONAER
GEKOPPELTE
RANS-BERECHNUNG
.
157
6.2.3.2
STATIONAER
GEKOPPELTE
LARGE-EDDY-SIMULATION
.
162
6.2.3.3
INSTATIONAER
GEKOPPELTE
LARGE-EDDY-SIMULATION
.
166
6.2.3.4
STRUKTURBERECHNUNG
MIT
DIN-WINDLASTEN
.
169
IX
7
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
173
7
SUMMARY
AND
CONCLUSION
177
A
TRANSPORTGLEICHUNGEN
DER
TURBULENZ
181
A.L
EXAKTE
TRANSPORTGLEICHUNGEN
FUER
DIE
REYNOLDSSPANNUNGEN
.
181
A.2
EXAKTE
TRANSPORTGLEICHUNG
FUER
DIE
TURBULENTE
KINETISCHE
ENERGIE
.
182
A.3
EXAKTE
TRANSPORTGLEICHUNG
FUER
DIE
DISSIPATIONSRATE
.
182
B
DISKRETISIERUNG
DES
RAUMERHALTUNGSGESETZES
183
C
TURBULENTE
GRENZSCHICHTEN
AN
GLATTEN
UND
RAUEN
WAENDEN
185
C.L
GLATTE
WAENDE
.
185
C.1.1
UNIVERSELLES
WANDMODELL
.
185
C.L.
2
WANDMODELL
NACH
WERNER
UND
WENGLE
.
187
C.2
RAUE
WAENDE
.
187
C.2.1
RAUIGKEIT
IN
DER
AERODYNAMIK
.
187
C.2.2
RAUIGKEIT
IN
DER
METEOROLOGIE
.
189
D
WINDPROFILE
IN
DER
ATMOSPHAERISCHEN
BODENGRENZSCHICHT
190
D.L
GESCHWINDIGKEIT
.
190
D.1.1
LOGARITHMISCHES
PROFIL
.
190
D.1.2
POTENZPROFIL
.
192
D.2
TURBULENZGROESSEN
.
193
D.2.1
PROFILE
NACH
ENGINEERING
SCIENCES
DATA
UNIT
(ESDU)
.
193
D.2.2
PROFILE
NACH
GARRATT
.
195
E
GEBAEUDEENSEMBLE
MIT
LEICHTEM
VORDACH
196
F
RECHENZEITEN
198
F.L
WINKELPLATTEN
.
198
F.2
MEMBRANDACH
.
199
LITERATURVERZEICHNIS
201 |
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