Modellierung und numerische Simulation von Grenzschichten mit Fremdgastranspiration unter praxisnahen Bedingungen:
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|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
München
Verlag Dr. Hut
2016
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| Edition: | 1. Auflage |
| Series: | Ingenieurwissenschaften
|
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Abbildungsverzeichnis V
Tabellenverzeichnis VII
1 EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG 1
1 1 Einleitung 1
1 2 Zielsetzung 3
2 LITERATURANALYSE 7
2 1 Theoretische Untersuchungen 7
211 Beschreibung des wandnahen Gebiets 7
212 Turbulenzmodelle 9
2 2 Numerische Simulationen 13
2 3 Experimentelle Untersuchungen 14
3 GRl NDGLEICHUNGEN FÜR DIE TURBULENTEN STRÖMUNGEN
MIT FREMDGASTRANSPIRATION 17
3 1 Grundgleichungen der einphasigen turbulenten Zweistoffströmung 17
3 2 Turbulenzmodelle 20
321 Modellierung der Reynolds-Spannungen 20
322 Modellierung der turbulenten Wärmestromdichte und Massenstromdichte 21
323 Wirbelviskositätsmodelle und Wandrandbedingungen für Strömungen
mit Fremdgastranspiration 21
3 3 Grenzschichtgleichungen mit Fremdgastranspiration 28
4 WANDRANDBEDINGUNGEN DER GRENZSCHICHTEN MIT
FREMDGASTRANSITRATION 31
4 1 Singuläre Störungstheorie für Strömungsgrenzschichten 32
4 2 Anpassungsbedingung und Wandfunktion am Beispiel der
Impulsgrenzschichten ohne Wandtranspiration 34
4 3 Wandfunktion für Impulsgrenzschichten 36
4 4 Wandfunktion für Konzentrationsgrenzschicht des ausgeblasenen Mediums 37
4 5 Wandfunktion für Temperaturgrenzschichten 42
4 6 Wandfunktion für fc-e-Modell 47
5 BESTIMMUNG DER PARAMETER IN DEN WANDFUNKTIONEN DURCH
WINDKANAL MESSUNG EN 51
5 1 Messanlage 51
5 2 Messverfahren 55
521 Voruntersuchungen 55
522 Grenzschichtmessungen 56
5 3 Clauser-Verfahren für Grenzschichten mit Wandtranspiration 59
5 4 Integrationskonstante der Impulsgrenzschichten 65
5 5 Modellparameter der Temperaturgrenzschichten 67
5 6 Modellparameter der Konzentrationsgrenzschichten 71
5 7 Zusammenfassung aller Modellparameter 74
III
Inhaltsverzeichnis
6 IMPLEMENTIERUNG DER MODELLE 77
6 1 Geometrie und Gitternetz 77
6 2 CFD-Setup 80
6 3 Turbulente Wandrandbedingungen 82
631 Wandfunktion der Impulsgleichung 82
632 Wandfunktion der Enthalpiegleichung 83
633 Behandlung der Stofftransportgleichung 84
634 Turbulente Dissipationsrate 84
7 ERGEBNISSE DER CFD-SIMULATIONEN 87
7 1 Grenzschichten mit Wandtranspiration 88
7 2 Verifikation der Modellimplementierung 90
7 3 Vergleich mit Standard-Wandbehandlungsmodellen 92
7 4 Einflussfaktoren der Fremdgastranspiration 95
741 Einfluss der unterschiedlichen Kühlmedien 95
742 Einfluss des Transpirationsparameters 99
743 Einfluss der Hauptströmungsgeschwindigkeiten 101
744 Einfluss des Temperaturunterschieds 103
7 5 Haftreibungsminderung und Kühlwirkung durch Wandtranspiration 105
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 111
A BEREITSTELLUNG DER STOFFWERTE 113
B VALIDIERUNG DER WANDFUNKTIONEN 117
B l Validierung der neuen Wandfunktion für Impulsgrenzschichten 117
B 2 Validierung der neuen Wandfunktion für Temperaturgrenzschichten 118
B 3 Validierung der neuen Wandfunktion für Konzentrationsgrenzschichten 119
C BEDINGUNGEN DER DURCHGEFÜHRTEN CFD-SIMULATIONEN MIT
WANDTRANSPIRATION 121
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