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.
Hingegen erscheint eine turbulente Strömung im Strömungsfeld eher zufällig variierend mit einer deutlichen Durchmischung des Mediums.
Zur Beschreibung des Strömungsverhaltens bei geometrisch ähnlichen Körpern dient die Reynoldszahl, welche das Verhältnis von Trägheits- zu Zähigkeitskräften ausdrückt.
| 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 zu einer turbulenten Strömung durchläuft bei einfachen Körpern folgende prinzipielle Stadien:
- 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.
- 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.
- Mit einer weiteren Steigerung der Reynoldszahl bildet sich hinter dem umströmten Körper eine Kármánsche 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.
- 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.
Konvergiert der stationäre Lösungsprozess von 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.
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. Das Programm RWIND 2 mit der "Pro" Ausbaustufe stellt für diese Aufgabe einen entsprechenden transienten Lösungsprozess zur Verfügung.
