FAQ 004731 | Warum konvergiert RWIND Simulation nicht auf die vorgegebene minimale Druckdifferenz, sondern oszilliert um einen höheren Grenzwert?

Erfahren Sie bequem, wie mit Dlubal-Programmen gearbeitet wird.

  • Dlubal Software | Videos

Video

Erste Schritte mit RFEM

Erste Schritte

Wir geben Ihnen Hinweise und Tipps, die Ihnen den Einstieg in das Basisprogramm RFEM erleichtern.

18. September 2020

001871

Andreas Niemeier

Please accept marketing-cookies to watch this video.

Frage

Warum konvergiert RWIND Simulation nicht auf die vorgegebene minimale Druckdifferenz, sondern oszilliert um einen höheren Grenzwert?

Antwort

In der Strömungsmechanik unterscheidet man zwischen laminaren und turbulenten Strömungen von Flüssigkeiten und Gasen.

Eine laminare Strömung zeichnet sich dadurch aus, dass sich in einem Übergangsgebiet zwischen zwei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten senkrecht zur Strömungsgeschwindigkeit keine Verwirbelungen ausbilden. In diesem Fall strömt das Medium in Schichten um das Modell und vermischt sich nicht ineinander.

Bild 01 - Laminare Umströmung

Hingegen erscheint eine turbulente Strömung im Strömungsfeld eher zufällig variierend mit einer deutlichen Durchmischung des Mediums.

Bild 02 - Turbulente Umströmung

Zur Beschreibung des Strömungsverhaltens bei geometrisch ähnlichen Körpern dient die Reynoldszahl, welche das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften ausdrückt.

Reynolds-Zahl

Re=ρ·c·dη=c·dν

ρ Dichte
c Strömungsgeschwindigkeit
d Charakteristische Länge
η Dynamische Viskosität
ν Kinematische Viskosität

Bei gleichbleibender Modellgeometrie und Mediumeigenschaft wechselt die Strömung mit Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit von einer laminaren in eine turbulente Strömung. Dabei zeichnet sich die laminare Strömung mit einer niedrigen und die turbulente Strömung mit einer hohen Reynoldszahl aus.

Der Übergang von einer laminaren zur einer turbulenten Strömung durchläuft bei einfachen Körpern folgende prinzipielle Stadien:

  1. Bei niedrigen Reynoldszahlen umströmt das Medium den Körper laminar. Dieses Verhalten tritt bei sehr kleinen Geschwindigkeiten oder hoher Viskosität auf. Das Medium teilt sich vor dem Körper und fließt hinter ihm wieder zusammen. In diesem Fall spricht man von einer stationären Strömung.

    Bild 03 - Laminare Strömung

  2. Bei leicht erhöhten Reynoldszahlen erkennt man, dass sich direkt an der Rückseite des umströmten Körpers ein symmetrisches Wirbelpaar bildet. Diese Strömungsform wird immer noch als stationär bezeichnet.

    Bild 04 - Laminare Strömung mit symmetrischen Wirbeln

  3. Mit einer weiteren Steigerung der Reynoldszahl bildet sich hinter dem umströmten Körper eine Kármásche Wirbelstraße aus. In diesem Strömungsbild lösen sich phasenverschoben von der Körperrückseite rechte und linke Wirbel ab. Ab diesem Zeitpunkt wird aus der stationären Strömung eine zeitlich periodische Strömungsform.

    Bild 05 - Periodische Wirbelablösung

  4. Bei hohen Reynoldszahlen zerfallen die Verwirbelungen in kleinere Elemente und bilden eine turbulente Grenzschicht aus. In diesem Bereich ist das Medium stark verwirbelt und kaum vorhersagbar. Das Medium bewegt sich in diesem Stadium nicht mehr stationär.

    Bild 06 - Turbulente Strömung

Konvergiert RWIND Simulation mit einer Druckdifferenz unterhalb des vorgegebenen Minimalwertes, kann in der Regel von einer stationären Strömung ausgegangen werden (vgl. Punkt 1 und 2). Pendelt der Lösungsprozess um einen höheren Differenzwert, findet das Programm keinen stabilen Zustand der Strömung.

Bild 07 - Konvergenz

Das Pendeln ist ein Hinweis auf eine periodische Wirbelablösung (vgl. Punkt 3). Ab diesem Punkt ist das ausgegebene Ergebnis von einer zeitlich variierenden Strömung beeinflusst und eine zeitlich abhängige transiente Berechnung notwendig. Da RWIND Simulation derzeit nur eine zeitlich unabhängige stationäre Lösung ermitteln kann, ist das ausgegebene Ergebnis uneindeutig und muss entsprechend interpretiert werden. In manchen Fällen hilft eine Kontrolle der Strömungswiderstandskraft weiter: Bleibt diese Kraft über die verschiedenen Iterationen konstant, kann das Ergebnis trotz der nicht erreichten minimalen Druckdifferenz mit Einschränkungen weiterverwendet werden.

Schlüsselwörter

Dlubal FAQ Residuum Periodisch Turbulent Laminar Reynold Kármánn Häufig gestellte Frage FAQ zu Dlubal Frage und Antwort zu Dlubal

Downloads

Links

Schreiben Sie einen Kommentar...

Schreiben Sie einen Kommentar...

  • Aufrufe 203x
  • Aktualisiert 14. Oktober 2020

Kontakt

Kontakt zu Dlubal

Haben Sie Fragen zu unseren Produkten oder brauchen Sie einen Rat zur Auswahl der Produkte zur Bearbeitung Ihrer Projekte? Kontaktieren Sie uns über unseren kostenlosen E-Mail-, Chat- bzw. Forum-Support oder nutzen Sie die häufig gestellten Fragen (FAQs) rund um die Uhr.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com