Numerische Lösung von Strömungsproblemen (CFD, Computational Fluid Dynamics)
摘要
Im Kapitel 13 wird die numerische Lösung von Strömungsproblemen mittels CFD umfassend dargestellt. Zunächst wird ein eindimensionaler Simulationsansatz vorgestellt, der auf der um das Verlustglied erweiterten Bernoulli-Gleichung und der Kontinuitätsgleichung basiert, um thermo-hydraulische Systeme, wie sie in der Automobilbranche vorkommen, zu modellieren. Drei Anwendungen dieser Methode werden exemplarisch erläutert. Anschließend erfolgt der Übergang zu zwei- und dreidimensionalen Verfahren, bei denen zunächst reibungslose Strömungen im Rahmen der Potentialströmung betrachtet werden, während komplexere, reibungsbehaftete Strömungen mithilfe der Navier–Stokes-Gleichungen oder der kinetischen Gastheorie behandelt werden. Das Kapitel veranschaulicht die grundlegenden Schritte der numerischen Berechnung und zeigt anhand aktueller Anwendungsbeispiele den praktischen Nutzen von CFD in der Technik. Dabei werden zentrale strömungsmechanische Begriffe wie stationäre und instationäre Strömungen, numerische Simulation und Kennzahlen der Strömungsdynamik eingehend erläutert. Insgesamt bietet das Kapitel eine fundierte Einführung in theoretische Grundlagen, methodische Vorgehensweisen und die praktischen Herausforderungen bei der Strömungssimulation.