Die Verzögerungszeit ist die Zeit, die eine Geschwindigkeitsstörung (z.B. ein stationäres oder zufälliges Anströmprofil) benötigt, um sich von der Anströmgrenze durch den Berechnungsbereich auszubreiten und das Ende des Windkanals zu erreichen. Sie entspricht der physikalischen Transportzeit der Strömung, die in erster Linie von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit und der Gesamtlänge des Bereichs bestimmt wird.
In praktischen CFD-Simulationen ist diese Verzögerungszeit von entscheidender Bedeutung, da das Strömungsfeld nicht sofort auf die vorgegebenen Anströmbedingungen reagiert. Stattdessen breitet sich die Störung mit der Strömung stromabwärts aus, was bedeutet, dass jede Stelle innerhalb des Bereichs das vorgegebene Anströmprofil erst nach Ablauf dieser charakteristischen Zeit erfährt.
Daraus folgt:
🔴 Vor der Verzögerungszeit entwickelt sich das Strömungsfeld noch und wird von den Anfangsbedingungen oder der unvollständigen Ausbreitung der Anströmrandbedingung beeinflusst. Daher sind die Ergebnisse in dieser Phase physikalisch nicht zuverlässig (unrealistisch).
🟢 Nach der Verzögerungszeit hat sich die Anströmbedingung vollständig durch den Bereich ausgebreitet und die Strömung entspricht dem beabsichtigten physikalischen Szenario. Somit sind die in dieser Phase erhaltenen Ergebnisse physikalisch aussagekräftig und realistisch.
Eine einfache und praktische Schätzung basiert auf der Konvektionsbeziehung:
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t |
Verzögerungszeit (s) |
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L |
Gesamtlänge des Windkanals oder Abstand vom Einlass zum Modell (m) |
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U |
Durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit am Einlass (m/s) |
Für eine Tunnellänge von 𝐿=88 m und eine Durchschnittsgeschwindigkeit 𝑈=15 m/s (Bild 1):
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t |
Verzögerungszeit (s) |
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L |
Gesamtlänge des Windkanals oder Abstand vom Einlass zum Modell (m) |
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U |
Durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit am Einlass (m/s) |
Das Signal für die Anströmgeschwindigkeit benötigt eine gewisse Zeit, um sich durch den Berechnungsbereich auszubreiten. Bei der gegebenen Konfiguration dauert es etwa 5,9 Sekunden, bis der Wind von der Anströmgrenze bis zum Ende des Windkanals gelangt ist.
Das bedeutet:
🔴 Vor 5,9 s → Das Strömungsfeld ist noch nicht vollständig ausgebildet und die Ergebnisse sind physikalisch nicht zuverlässig, da die Anströmbedingung noch nicht den gesamten Bereich erfasst hat.
🟢 Nach 5,9 s → Die Anströmgeschwindigkeit ist im gesamten Tunnel vollständig eingependelt und die Ergebnisse sind realistisch und zur Auswertung geeignet.
Mit RWIND können Sie diese Verzögerung automatisch berücksichtigen:
- Durch Eingabe der korrekten mittleren Anströmgeschwindigkeit (Bild 2) kann die Software die physikalische Ausbreitungszeit der Strömung abschätzen.
Der Parameter „Startzeit für das Speichern instationärer Ergebnisse“ kann dann so eingestellt werden (z.B. 5,9 s in Bild 3), dass:
- nur der physikalisch aussagekräftige (stabile) Teil der Simulation gespeichert wird
- frühe, nicht repräsentative Ergebnisse ausgeschlossen werden
