Dieses Profilmodul des Bachelorstudiengangs Maschinenbau ist eine Ergänzung der Fortgeschrittenen Strömungsmechanik und ermöglicht bereits in einer frühen Studienphase einen geschmackvollen Einstieg in die numerische Strömungssimulation (CFD) am Beispiel der weit verbreiteten Finite-Volumen-Verfahren. Die Vorlesung wird ergänzt um „Papier-und-Bleistift-„ Übungen sowie Übungen am Rechner. Für letztere wird die gängige open-source CFD-Software OpenFOAM genutzt. Die objektorientierte Programmstruktur von OpenFOAM ermöglicht eine Umsetzung numerischer Algorithmen auf der Top-Level-Programmierebene, so dass ein schneller Einstieg in die Löserprogrammierung erfolgt. Die Studierenden werden die Datenstruktur und die Lösungsalgorithmen von praxisnahen CFD-Codes kennenlernen. Dadurch bildet das Modul eine einzigartige Schnittstelle zwischen theoretischer Strömungsmechanik und der Anwendung von CFD-Programmen. Es legt den Grundstein zur Erlangung der für die (Weiter-) Entwicklung von Strömungssimulationssoftware benötigten Kompetenzen. Ausgehend von einfachen Diffusionsproblemen über generische Transportgleichungen werden gängige druckbasierte Verfahren zur numerischen Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen eingeführt und deren programmtechnische Implementierung erörtert.
Vorlesungsinhalte:
§ Grundgleichungen strömender Fluide mit Fokus auf der Tensoralgebra
§ Einführung in die Finite-Volumen-Diskretisierung
§ Diskretisierung der diffusiven und konvektiven Terme und der Quellterme
§ Zeitliche Diskretisierung
§ Druckbasierte Lösungsverfahren
§ Inkompressible und kompressible Verfahren
§ Datenstruktur von CFD-Software
§ Akademische und realitätsnahe Anwendungen am Computer
Literatur/Lernmaterial: Vorlesungsumdruck und Übungsblätter. Verschiedene Literaturstellen werden in der Vorlesung angegeben.
Voraussetzung: Grundlagen der Strömungsmechanik
Empfohlen: Fortgeschrittene Strömungsmechanik
- Kursleiter/in: Magnus Günter Haese
- Kursleiter/in: Sanjay Jay Menon
- Kursleiter/in: Romuald Skoda