D3. Rauigkeit

In der CFD-Simulation von Gebäude-Strömungen müssen zwei verschiedene Arten von Grenzschichten berücksichtigt werden.

• Die atmosphärische Grenzschicht als Zuflussbedingung.
• Lokale Grenzschichten auf festen Oberflächen, die oft durch Wandfunktionen modelliert werden.

Wenn die Strömung an der Gebäudestruktur nicht direkt aufgelöst wird, kommen Wandgesetze zur Anwendung, die bestimmte Anforderungen an die Oberflächendiskretisierung stellen. Die Anwendung von Wandgesetzen in Trennungsbereichen sollte kritisch geprüft werden.
Obwohl beide Arten von Grenzschichten auf dem universellen logarithmischen Wandgesetz basieren, verwenden sie unterschiedliche Parameter zur Beschreibung der Oberflächenrauhigkeit:

• Die atmosphärische Grenzschicht verwendet die implizite Rauheitslänge z₀.
• Wandfunktionen verwenden typischerweise die explizite äquivalente Sandrauhigkeit k_s.

Diese Rauheitsparameter stammen aus unterschiedlichen Perspektiven und haben unterschiedliche Größenordnungen (k_s: 0,9 bis 60 m; z₀: 0,01 bis 1 m). Eine direkte Äquivalenz ist daher nicht zulässig.
Für die Anwendung der Geländerauheit in Wandfunktionen ist die Umrechnung von z₀ in k_s erforderlich. Abhängig von der Implementierung gilt eine Annäherung: k_s≈20⋅z₀ bis 30⋅z₀ (laut Schlichting und Blocken).
Diese Unterscheidung ist entscheidend für die korrekte Modellierung von Grenzschichten in CFD-Simulationen von Gebäude-Strömungen.