Walflosse

CFD-Untersuchungen zur Strömung an der Brustflosse eines Buckelwals - Beginn 2004

Kontakt | Haftungsausschluß | Danksagungen | Webmaster / Impressum >> English pages

Walseiten

Buckelwale

CFD

Literatur

CFX - Rechnungen

Dies Seite soll nur einen ganz kurzen Überblick über unsere CFX-Rechnungen geben. Detaillierte Informationen finden sich in dieserStudienarbeit.

Netzgeneration

Um die Umströmung der digitalisierten Walflosse zu berechnen, muß zunächst ein geeignetes Volumen um die Flosse herum erzeugt werden, welches dann vernetzt wird. Die Grenzen dieses Volumens müssen klar definiert sein, um später die entsprechenden Randbedingungen anbringen zu können.
Das Volumen sollte einerseits nicht zu groß gewählt werden, um die Netzgröße und die daraus resultierende Rechendauer in Grenzen zu halten. Andererseits sollte zur Simulation einer freien Anströmung der Bilanzraum auch nicht zu klein gewählt werden, um Randeinflüsse ausschließen zu können.
Als Kompromiß wurde ein Kasten mit rechteckigem Querschnitt von 6m Länge, 3m Breite und 4m Höhe für eine Flosse von 3m Länge gewählt. Dieser Kasten wurde so um die Flosse angeordnet, dass diese darin mittig zu den Seitenwänden auf ihrem Ansatz steht.

Randbedingungen und Turbulenzmodell

Als Randbedingungen wurden eine konstante Anströmgeschwindigkeit vorgegeben: 2,6 m/s bei den mit Wasser durchgeführten Rechnungen (Luft: Mach 0.2). Für die Stoffwerte des Wasser wurden die Standard-Angaben verwendet, d.h. die digitale Walflosse schwimmt in "normalem" Wasser statt in Meerwasser.
Da es zur Zeit unmöglich ist, turbulente Vorgänge in dreidimensionalen Strömungen direkt zu simulieren, wird die Verwendung eines Turbulenzmodells notwendig. Das hier verwendete BSL-Modell ist ein Modell aus der Gruppe der Reynoldsspannungsmodelle, die auch als SMC-Modelle (Second Moment Closure) bezeichnet werden. Das BSL-Modell basiert auf Transportgleichungen für die Komponenten des Reynoldsschen Spannungstensors und der Dissipationsrate. Nachteilig am BSL-Modell ist eine gegenüber dem Standard k-epsilon Modell höhere mathematische Komplexität, die zu reduzierter numerischer Robustheit und erhöhtem Rechenaufwand führt.

Durchgeführte Rechnungen

Eine ganze Reihe von Rechnungen wurden durchgeführt, dabei wurden, um den strömungsmechanischen Einfluß der Tuberkel zu klären immer eine Flosse mit und ohne Tuberkel gerechnet.

in Wasser
in Luft
mit Anströmwinkeln von 0, 10 und 20 Grad

Skalierung der Flosse

(hier,oder besser bei Str-Phys.unterbringen?)
Die Übertragung der Flosse von einem in erster Linie als inkompressibel anzusehenen Fluids auf ein kompressibles Fluid (Luft und Gase) erfolg über die Ähnlichkeitsgesetze der Strömungsphysik. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Strömungsgrößen bei der Übertragung der Flosse vom Fluid Wasser in das Fluid Luft unter Einhaltung der Reynold'schen Ähnlickeit.

Ähnlichkeitsgesetze

Damit z.B. eine Strömung in Wasser einer Strömung in Luft änlich ist, müssen bestimmte Kennzahlen in beiden Strömungen gleich sein.

Reynold'sche Ähnlichkeit

Ist das Verhältnis von Zähigkeitskräften zu Trägheitskräften in zwei verschiedenen Strömungen gleich, sprich die Reynoldszahl beider Strömung ist gleich, so sind diese Strömungen mechanisch ähnliche Strömungen.

strömungsmechanische Kennzahlen

... setzen wesentliche physikalische Größen einer Ströung zueinander ins Verhältnis.

Reynoldszahl Re

Dimensionsloses Verhältnis der Kräfte, die an einem Masseelement / Fluidteilchen angreifen:
Re = Trägheitskräfte / Reibungskräfte

Machzahl Ma=c/a

Dimesionslose Kennzahl, die aus dem Verhältnis von lokaler Geschwindigkit c zu Schallgeschwindigkeit a gebildet wird.

Die Machzahl ist ein Maß für das Auftreten von Kompressibilitätseffekten in gasförmigen Fluiden.
Ma < 1: Unterschallströmung
Ma = 1: Strömung mit Schallgeschwindigkeit
Ma > 1: Überschallströmung

by Kirsten 2006

		buckelwalflosse.de - Das Buckelwal-Flossen-Projekt pectoralfin.org CFD-Untersuchungen zur Strömung an der Brustflosse eines Buckelwals - Beginn 2004 Kontakt \| Haftungsausschluß \| Danksagungen \| Webmaster / Impressum >> English pages
m
Walseiten Home Wie es dazu kam Buckelwale digitale Walflosse Strömungsphysik CFD Tools und Software CFX- Rechnungen Ergebnisse mögliche Anwendungen Galerie Literatur Download Links 17th BCBMM	d	CFX - Rechnungen Dies Seite soll nur einen ganz kurzen Überblick über unsere CFX-Rechnungen geben. Detaillierte Informationen finden sich in dieserStudienarbeit. Netzgeneration Um die Umströmung der digitalisierten Walflosse zu berechnen, muß zunächst ein geeignetes Volumen um die Flosse herum erzeugt werden, welches dann vernetzt wird. Die Grenzen dieses Volumens müssen klar definiert sein, um später die entsprechenden Randbedingungen anbringen zu können. Das Volumen sollte einerseits nicht zu groß gewählt werden, um die Netzgröße und die daraus resultierende Rechendauer in Grenzen zu halten. Andererseits sollte zur Simulation einer freien Anströmung der Bilanzraum auch nicht zu klein gewählt werden, um Randeinflüsse ausschließen zu können. Als Kompromiß wurde ein Kasten mit rechteckigem Querschnitt von 6m Länge, 3m Breite und 4m Höhe für eine Flosse von 3m Länge gewählt. Dieser Kasten wurde so um die Flosse angeordnet, dass diese darin mittig zu den Seitenwänden auf ihrem Ansatz steht. Randbedingungen und Turbulenzmodell Als Randbedingungen wurden eine konstante Anströmgeschwindigkeit vorgegeben: 2,6 m/s bei den mit Wasser durchgeführten Rechnungen (Luft: Mach 0.2). Für die Stoffwerte des Wasser wurden die Standard-Angaben verwendet, d.h. die digitale Walflosse schwimmt in "normalem" Wasser statt in Meerwasser. Da es zur Zeit unmöglich ist, turbulente Vorgänge in dreidimensionalen Strömungen direkt zu simulieren, wird die Verwendung eines Turbulenzmodells notwendig. Das hier verwendete BSL-Modell ist ein Modell aus der Gruppe der Reynoldsspannungsmodelle, die auch als SMC-Modelle (Second Moment Closure) bezeichnet werden. Das BSL-Modell basiert auf Transportgleichungen für die Komponenten des Reynoldsschen Spannungstensors und der Dissipationsrate. Nachteilig am BSL-Modell ist eine gegenüber dem Standard k-epsilon Modell höhere mathematische Komplexität, die zu reduzierter numerischer Robustheit und erhöhtem Rechenaufwand führt. Durchgeführte Rechnungen Eine ganze Reihe von Rechnungen wurden durchgeführt, dabei wurden, um den strömungsmechanischen Einfluß der Tuberkel zu klären immer eine Flosse mit und ohne Tuberkel gerechnet. in Wasser in Luft mit Anströmwinkeln von 0, 10 und 20 Grad Skalierung der Flosse (hier,oder besser bei Str-Phys.unterbringen?) Die Übertragung der Flosse von einem in erster Linie als inkompressibel anzusehenen Fluids auf ein kompressibles Fluid (Luft und Gase) erfolg über die Ähnlichkeitsgesetze der Strömungsphysik. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Strömungsgrößen bei der Übertragung der Flosse vom Fluid Wasser in das Fluid Luft unter Einhaltung der Reynold'schen Ähnlickeit.	k	Ähnlichkeitsgesetze Damit z.B. eine Strömung in Wasser einer Strömung in Luft änlich ist, müssen bestimmte Kennzahlen in beiden Strömungen gleich sein. Reynold'sche Ähnlichkeit Ist das Verhältnis von Zähigkeitskräften zu Trägheitskräften in zwei verschiedenen Strömungen gleich, sprich die Reynoldszahl beider Strömung ist gleich, so sind diese Strömungen mechanisch ähnliche Strömungen. strömungsmechanische Kennzahlen ... setzen wesentliche physikalische Größen einer Ströung zueinander ins Verhältnis. Reynoldszahl Re Dimensionsloses Verhältnis der Kräfte, die an einem Masseelement / Fluidteilchen angreifen: Re = Trägheitskräfte / Reibungskräfte Machzahl Ma=c/a Dimesionslose Kennzahl, die aus dem Verhältnis von lokaler Geschwindigkit c zu Schallgeschwindigkeit a gebildet wird. Die Machzahl ist ein Maß für das Auftreten von Kompressibilitätseffekten in gasförmigen Fluiden. Ma < 1: Unterschallströmung Ma = 1: Strömung mit Schallgeschwindigkeit Ma > 1: Überschallströmung	l
by Kirsten 2006