D5.1 durch. Vorübergehend oder Ständig

Wind ist von Natur aus ein zeitlich veränderliches Phänomen, und seine Simulation kann je nach gewählter Methode verschiedene Ergebnisse wie zeitliche Durchschnitte von Geschwindigkeit und Turbulenzen oder dynamische Strömungseffekte erfassen (siehe Tabelle 6).

Tabelle 6: Mit RANS, URANS und LES berechenbare Strömungsgrößen

Nach Shimada und Ischiara kann eine momentane Strömungsgröße Φ in ein zeitliches Mittel Φ ‾, eine periodische Fluktuation Φ ~ und eine stichastisch-turbulente Fluktuation Φ^' zerlegt werden. In der einfachsten Form berechnet die RANS-Simulation (Reynolds-Averated Navier-Stokes) nur die zeitlichen Mittelungen Φ ‾ der Strömungsgrößen unter Vernachlässigung dynamische Effekte. Um instationäre Strömungseffekte zu erfassen, ist eine transiente Simulation erforderlich. URANS (Instationäres RANS) ermöglicht die Berechnung von zeitlichen Mittelungen Φ ‾ zuzüglich der periodischen Schwankungen Φ β, wobei die Gesamtschwankung tendenziell unterschätzt wird. In URANS spielen neben der geeigneten Wahl des Rasters und des Zeitschritts das Turbulenzmodell und das Diskretisierungsschema eine entscheidende Rolle. Zu dissipative Turbulenzmodelle können instationäre Effekte dämpfen, daher sind nicht-dissipative Diskretisierungsschemata für instationäre Simulationen zu empfehlen.

Der umfassendste Ansatz ist LES (Large Eddy Simulation), mit welchem zeitliche Mittelungen Φ ‾, periodische Φ ~ und stachen-turbulente Fluktuationen Φ^' abgebildet werden können. Diese Aufgliederung verdeutlicht die Möglichkeiten und Grenzen der unterschiedlichen Simulationsmethoden zur Erfassung instationärer Strömungsphänomene. Die Wahl der geeigneten Methode hängt letztendlich von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Studie ab und muss sorgfältig überdacht werden, um die relevanten Aspekte der Windströmung angemessen zu erfassen.