Die Verzögerungszeit ist die Zeit, die benötigt wird, damit eine Geschwindigkeitsstörung (z. B. ein gleichmäßiges oder zufälliges Einlassprofil) sich von der Einlassgrenze durch das Rechengebiet ausbreitet und das Ende des Windkanals erreicht. Sie repräsentiert die physikalische Transportzeit des Flusses, die hauptsächlich von der mittleren Strömungsgeschwindigkeit und der Gesamtlänge des Gebiets bestimmt wird.
In praktischen CFD-Simulationen ist diese Verzögerungszeit wesentlich, da das Strömungsfeld nicht sofort auf die auferlegten Einlassbedingungen reagiert. Stattdessen bewegt sich die Störung mit dem Fluss nach unten, was bedeutet, dass jeder Ort innerhalb des Gebiets das auferlegte Einlassprofil erst nach dieser charakteristischen Zeit erfährt.
Daraus ergibt sich:
🔴 Vor der Verzögerungszeit befindet sich das Strömungsfeld noch in der Entwicklung und wird von den Anfangsbedingungen oder der unvollständigen Ausbreitung der Einlassrandbedingung beeinflusst. Daher sind die Ergebnisse in dieser Phase nicht physikalisch zuverlässig (unrealistisch).
🟢 Nach der Verzögerungszeit hat sich die Einlassbedingung vollständig durch das Gebiet ausgebreitet und die Strömung wird repräsentativ für das beabsichtigte physikalische Szenario. Somit sind die in dieser Phase erzielten Ergebnisse physikalisch bedeutsam 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 Eingangsgeschwindigkeitssignal benötigt eine bestimmte Zeit, um sich durch das Rechengebiet auszubreiten. Basierend auf dem gegebenen Aufbau dauert es ungefähr 5,9 Sekunden, bis der Wind von der Einlassgrenze bis zum Ende des Windkanals gelangt.
Das bedeutet:
🔴 Vor 5,9 s → Das Strömungsfeld ist noch nicht vollständig entwickelt und die Ergebnisse sind nicht physikalisch zuverlässig, da die Einlassbedingung noch nicht das gesamte Gebiet erreicht hat. 🟢 Nach 5,9 s → Die Eingangsströmungsgeschwindigkeit ist im gesamten Tunnel vollständig etabliert und die Ergebnisse werden realistisch und zur Auswertung geeignet.
RWIND ermöglicht die Berücksichtigung dieser Verzögerung automatisch:
- Durch Eingabe der korrekten durchschnittlichen Eingangsgeschwindigkeit (Bild 2) kann die Software die physikalische Ausbreitungszeit des Flusses abschätzen.
Der Parameter „Startzeit für das Speichern transiente Ergebnisse“ kann dann festgelegt werden (z. B. 5,9 s in Bild 3), sodass:
- Nur der physikalisch sinnvolle (stabile) Teil der Simulation gespeichert wird
- Frühe, nicht repräsentative Ergebnisse ausgeschlossen werden
