Turbulente Strömungen
Die Lehrveranstaltung ist mit unterschiedlichem Umfang in verschiedenen Modulen in den Studienrichtungen des Maschinenbaus enthalten:
- CMS-CE-EL1: V2/Ü2/P0 (CMS 2021, Turbulent Flows and their Modeling)
- MW-MB-LRT-23: V2/Ü2/P1 (DPO2019 Turbulente Strömungen und deren Modellierung)
- MW-MB-SIM-14: V2/Ü2/P1 (DPO2019 Turbulente Strömungen und deren Modellierung)
Für die meisten Strömungen in Natur und Technik spielt das Phänomen der Turbulenz eine zentrale Rolle. Turbulenz bestimmt den Widerstand bei der Bewegung von Körpern oder beim Transport in Rohrleitungen, die Kräfte auf Einbauten, die Vermischung und Ausbreitung von Wärme und Stoffen, die Lärmentstehung, und viele andere wichtige Aspekte. Damit ist die Analyse und Vorhersage turbulenter Strömungen eine zentrale Voraussetzung zum Verständnis technischer und natürlicher Strömungsvorgänge. Nur auf dieser Grundlage kann in den meisten Fällen die Funktion einer Anlage sichergestellt bzw. ihre Wirkungsweise optimiert werden.
Die Vorlesung bietet eine Einführung in die Physik turbulenter Strömungen und die mathematischen Werkzeuge zu ihrer Beschreibung. Das Phänomen wird anhand kanonischer Strömungen illustriert, die in abgewandelter Form immer wieder auftauchen, wie zum Beispiel die turbulente Wandgrenzschicht. Weiterhin wird die Entstehung von Turbulenz diskutiert, die Transition, da sie erhebliche Bedeutung für die Praxis hat. Der zweite Teil der Vorlesung ist den unterschiedlichen Modellierungsansätzen gewidmet, die von einfachen statistischen Modellen der industriellen Praxis über die Large Eddy Simulation bis zur Direkten Numerischen Simulation für Forschungsaufgaben reichen. Durch die langjährige Forschungstätigkeit des Dozenten auf dem Thema der Vorlesung entsteht eine besonders enge Verknüpfung von Forschung und Lehre.
In den Übungen wird der Stoff durch eigenständige Bechäftigung vertieft und erweitert. Ein Rechnerpraktikum bietet die Möglichkeit, unter Anleitung einen kommerziellen Strömungslöser kennen zu lernen und turbulente Strömungen selbst zu simulieren.
Die Vorlesung ist anspruchsvoll und benötigt daher einen gewissen Einsatz. Dafür ist andererseits der Inhalt sehr nahe an den Erfordernissen von Forschung und Praxis und wird in dieser Tiefe nur an wenigen deutschen Universitäten geboten.