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Fluid-Festkörper-Wechselwirkung

Fluid-Festkörper-Wechselwirkung
type: Block-Vorlesung (BV) links:
chair: Fakultät für Maschinenbau
Inst. f. Strömungsmechanik
semester: SS 2019
place:

HS 101
10.50 Bauingenieurgebäude

time: 05.08.2019
08:00 - 17:00 täglich
10.91 Raum 228
10.91 Maschinenbau, Altes Maschinenbaugebäude


06.08.2019
08:00 - 17:00 täglich
10.91 Raum 228
10.91 Maschinenbau, Altes Maschinenbaugebäude

07.08.2019
08:00 - 17:00 täglich
10.91 Raum 228
10.91 Maschinenbau, Altes Maschinenbaugebäude

08.08.2019
08:00 - 17:00 täglich
10.91 Raum 228
10.91 Maschinenbau, Altes Maschinenbaugebäude

09.08.2019
08:00 - 17:00 täglich
10.91 Raum 228
10.91 Maschinenbau, Altes Maschinenbaugebäude


start: 06.08.2018
lecturer: Dr.-Ing. Mark-Patrick Mühlhausen
sws: 2
ects: 4
lv-no.: 2154401
information:

Anmeldung im Sekretariat bis 27.07.2018 erforderlich.

Bemerkungen

Blockveranstaltung, siehe www.istm.kit.edu

Voraussetzungen

keine

Empfehlungen:

Grundwissen im Bereich Strömungsmechanik

Literaturhinweise

wird in der Vorlesung vorgestellt

Lehrinhalt

Der Aufbau der Vorlesung liefert zunächst die Grundlagen zur Beschreibung von Strömungen und
Strukturen. Nach der Charakterisierung der Problemstellung und der Auswahl der zu lösenden
Gleichungen erfolgt die Geometrie- und Netzerzeugung. Die zu lösenden partiellen
Diffenrentialgleichungen werden mit Hilfe verschiedener CFD- bzw. CSD-Methoden und
Diskretisierungsverfahren in ein algebraisches Gleichungssystem überführt, was dann numerisch
gelöst werden muss. Anschließend werden verschiedenen Methoden zur Kopplung von Fluid- und
Festkörper vorgestellt. Neben der Algorithmik wird im Besonderen auf die Frage von
Stabilitätsproblemen, die aus der Kopplung entstehen, eingegangen. Abschließend wird die erzielte
Lösung kritisch auf Fehler und Ungenauigkeiten untersucht und mit Hilfe von Verifikation und
Validierung auf Belastbarkeit geprüft. Während der Vorlesung wird die vorgestellte Theorie zur Vertiefung und Anschauung mit Funktionen von CFD-Programmen oder Matlab Routinen verknüpft.

Anmerkung

Blockveranstaltung mit begrenzter Teilnehmerzahl; Anmeldung im Sekretariat erforderlich.

Details unter www.istm.kit.edu

Arbeitsbelastung

Präsenzzeit: 21,5h

Selbststudium: 99h

Ziel

Die Studierenden sind mit den Grundlagen der die numerische Behandlung gekoppelter Fragestellungen vertraut. Im Anschluss an die Vorlesung sind sie in der Lage, ein ein strömung-struktur-gekoppeltes Problem physikalisch zu beschreiben und numerisch abzubilden. Sie sind mit den verschiedenen Möglichkeiten zur Kopplung der beiden Gebiete mit ihren Vor- und Nachteilen vertraut und können kritisch beurteilen, ob das Simulationsergebnis die Realität abbildet (Stichwort "Vertrauensbildung in die Simulation").

Prüfung

mündliche Prüfung

Dauer: 30 min

Keine Hilfsmittel

Weitere Informationen

Vortragssprache Deutsch
Voraussetzungen

Empfehlungen: Grundwissen im Bereich Strömungsmechanik

Literaturhinweise Wird in der Vorlesung vorgestellt
Lehrinhalt

„In Zeiten zunehmend komplexer werdender Anwendungen mit ihren teils gegenläufigen technischen und wirtschaftlichen Zielvorstellungen wird die Betrachtung von Systemverhalten (Multi-Physik) wie zum Beispiel der Wechselwirkung zwischen der Strömung und der Struktur immer wichtiger.

Der Kompaktkurs umfasst einerseits die Vorlesung, welche die theoretischen Grundlagen der Fluid-Festkörper-Interaktion abdeckt und heutige Entwicklungen aufzeigt. Die theoretischen und mathematischen Grundlagen werden anschließend im Rahmen verschiedener Übungen an den Nachmittagen selbst praktisch umgesetzt und so mit der Vorlesung verknüpft. Hierzu werden sowohl kommerzielle Löser wie Ansys Fluent um Unterprogramme (UDF) erweitert, als auch die Programmiersprachen Python und Matlab herangezogen.

Der Kurs deckt zunächst die Grundlagen zur Beschreibung von Strömungen und Strukturen im Allgemeinen ab. Nach der Charakterisierung der Problemstellung und der Auswahl der zu lösenden Gleichungen erfolgt die Geometrie- und Netzerzeugung. Die zu lösenden partiellen Differentialgleichungen werden mit Hilfe verschiedener CFD- bzw. CSD-Methoden und Diskretisierungsverfahren in ein algebraisches Gleichungssystem überführt, was dann numerisch gelöst werden muss. Anschließend werden verschiedenen Methoden zur Kopplung von Fluid- und Festkörper vorgestellt. Neben der Algorithmik (Kopplungs- und Interpolationsverfahren) wird im Besonderen auf die Frage von Stabilitätsproblemen, die aus der Kopplung entstehen, eingegangen. Abschließend wird die erzielte Lösung kritisch auf Fehler und Ungenauigkeiten untersucht und mit Hilfe von Verifikation und Validierung auf Belastbarkeit geprüft.“

Anmerkung

Blockveranstaltung mit begrenzter Teilnehmerzahl;
Anmeldung im Sekretariat erforderlich.

Lehrinhalt
  • Einführung in Numerik und Matlab
  • Finite-Differenzen-Methodik
  • Finite-Volumen-Methodik
  • Rand- und Anfangsbedingungen
  • explizite und implizite Zeitverfahren (Euler-Vorwärts- und -Rückwärts-Verfahren, Crank-Nicholson-Verfahren)
  • Druckkorrekturverfahren (SIMPLE-Methode, PISO-Methode)
Arbeitsbelastung 120 Stunden
Ziel

Die Studierenden sind mit den Grundlagen der die numerische Behandlung gekoppelter Fragestellungen vertraut. Im Anschluss an die Vorlesung sind sie in der Lage, ein ein strömung-struktur-gekoppeltes Problem physikalisch zu beschreiben und numerisch abzubilden. Sie sind mit den verschiedenen Möglichkeiten zur Kopplung der beiden Gebiete mit ihren Vor- und Nachteilen vertraut und können kritisch beurteilen, ob das Simulationsergebnis die Realität abbildet (Stichwort "Vertrauensbildung in die Simulation").

Prüfung Mündliche Prüfung