ISBN 978-3-86853-976-9

978-3-86853-976-9, Reihe Strömungsmechanik

Kudret Baysal
Untersuchungen zur Identifikation und Verfolgung von Strömungsfeldstrukturen

167 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2011), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Weiterentwicklung numerischer Methoden und steigende Rechnerleistungen ermöglichen eine breitere Anwendung von Simulationen in der Entwicklung und Forschung. Dies gilt insbesondere für Strömungsuntersuchungen. Ein großes Problem dabei stellt die große Menge der Informationen dar, die durch die sehr guten räumlichen und zeitlichen Auflösungen bereitstehen. Eine hohe Informationsdichte bedeutet nicht nur die Möglichkeit einer detaillierten Untersuchung einer Strömung, sondern auch, dass die Informationsgewinnung einen hohen Zeitaufwand verursacht. Zusätzlich kann eine hohe Informationsdichte dazu führen, dass Phänomene übersehen oder durch fehlende Übersicht Daten missgedeutet werden. Dabei sind insbesondere instationäre Daten sehr aufwendig in der Analyse, da die Informationen erst in den einzelnen Zeitschritten identifiziert und zeitlich miteinander verknüpft werden müssen. Die Untersuchung von Strömungen anhand von Strömungsfeldstrukturen bewirkt durch die abstrahierte Darstellung der Ereignisse eine verbesserte Zugänglichkeit der wichtigen Informationen im Strömungsfeld. Des Weiteren ermöglicht die zusätzliche zeitliche Kohärenz der betrachteten Strukturen die Unterteilung der quasi-chaotischen Bewegungen in geordnete Bewegungen von definierten Strukturen.

Die entwickelten Verfahren zur Untersuchung von instationären, dreidimensionalen Strömungen werden zur Betrachtung zweier Mechanismen in der Wirbeldynamik herangezogen. Der erste Fall ist die Wirbelinteraktion zweier orthogonal zueinander stehender Burgers-Wirbel. Im zweiten Fall werden die Mechanismen zur Autogeneration von Haarnadelwirbelstrukturen betrachtet. Die Analyse der dynamischen Prozesse beinhaltet neben der räumlichen und zeitlichen Entwicklung der Wirbelstrukturen zusätzlich die Betrachtung von Größen, die in objektorientierten Koordinatensystemen ermittelt werden. Diese Größen erlauben eine quantitative Beschreibung der beobachteten kinematischen Prozesse. Des Weiteren werden für die Untersuchungen die Einflüsse der Wirbelstrukturen auf die Wirbeldynamik betrachtet. Dazu werden anhand der Biot-Savart Gleichungen die durch die Wirbel induzierten Geschwindigkeitsfelder und die aus diesen Geschwindigkeiten bestimmten lokalen Enstrophie-Produktionen ermittelt.