Computational Fluid Dynamics (incompressible fluids)
Computational Fluid Dynamics (incompressible fluids)

Zu den Lerninhalten zählt das allgemeine Aufstellen von Bilanzgleichungen. Im speziellen wird auch die Bilanzierung von Masse, Impuls und Energie zur Lösung von Strömungsproblemen eingegangen. Hierzu muss auch ein Verständnis zur Diskretisierung von Strömungsräumen vermittelt werden. Zur Beschreibung von turbulenten Strömungen werden die Bilanzgleichungen zeitlich gemittelt und Turbulenzmodelle diskutiert. Die Gleichungssysteme werden auf Zweiphasensysteme (Euler-Lagrange) erweitert. Des Weiteren werden Reaktionsgleichungen sowie Erhaltungsgleichungen von Spezies für homogene und heterogene Reaktionen erarbeitet. Darauf aufbauend werden Erhaltungsgleichung für den Wärmetransport in Form von Wärmeleitung und Wärmestrahlung in reagierenden Strömungen aufgestellt. Letztlich werden Grundlagen der numerischen Lösung von Gleichungen/Gleichungssystemen vermittelt.

Beispiele für CFD-Anwendungen: einfache Mischungsprozesse (Masse, Impuls und Energie), homogene und heterogene Reaktionen (am Beispiel der Biomassepyrolyse), Wärmeleitung am Beispiel eines elektrischen Wassererhitzers, Wärmestrahlung am Beispiel einer Triebwerksbrennkammer.

Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, Effekte und Phänomene von Strömungen und ihre Umsetzung in mathematische Modelle zu verstehen und in Situationen von Energiewandlungssystemen anzuwenden. Dies umfasst die Grundlagen der Strömungsmechanik, der mathematischen Modellierung von Strömungsprozessen allgemein, der Reaktionen, der Wärmeübertragung und der numerischen Lösung der beschreibenden Gleichungen.

see weblink below.

Empfohlene Voraussetzungen für diese Lehrveranstaltung sind der Abschluss eines Bachelorstudiums Maschinenbau mit guten Kenntnissen in Thermodynamik, Strömungsmechanik und Wärmekraft- und Arbeitsmaschinen.

The learning content includes the general setting up of balance equations. In particular, the balancing of mass, momentum and energy for solving flow problems is also dealt with. For this purpose, an understanding of the discretisation of flow spaces must also be conveyed. For the description of turbulent flows, the balance equations are time-averaged and turbulence models are discussed. The equation systems are extended to two-phase systems (Euler-Lagrange). Furthermore, reaction equations and conservation equations of species for homogeneous and heterogeneous reactions are worked out. Based on this, conservation equations for heat transport in the form of heat conduction and heat radiation in reacting flows are established. Finally, the fundamentals of the numerical solution of equations/systems of equations are taught.

Examples for CFD applications: simple mixing processes (mass, momentum and energy), homogeneous and heterogeneous reactions (using the example of biomass pyrolysis), heat conduction using the example of an electric water heater, heat radiation using the example of an engine combustion chamber.

The students should be enabled to understand effects and phenomena of flows and their implementation in mathematical models and to apply them in situations of energy conversion systems. This includes the basics of fluid mechanics, mathematical modelling of flow processes in general, reactions, heat transfer and numerical solution of the descriptive equations.

see weblink below.

Recommended prerequisites for this course are the completion of a bachelor's degree in mechanical engineering with good knowledge of thermodynamics, fluid mechanics and thermal power machines.