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By Rüdiger Schwarze

In diesem kompakten Lehrbuch wird die Methodik der numerischen Simulation von Strömungsprozessen erklärt. Die Grundlagen werden in hinreichender Tiefe vorgestellt, gleichzeitig wird die Anwendung der Methodik an verschiedenen Beispielen demonstriert. Die Beispiele umfassen sowohl einfache als auch komplexe Probleme. Die einfachen Problemstellungen können vom Leser im Selbststudium mit Hilfe von gängigen CFD-Softwarepaketen bearbeitet werden. Die komplexen Probleme sind aus aktuellen grundlagenorientierten und anwendungsnahen Forschungsprojekten des Autors abgeleitet. Die Besonderheit des Buches liegt darin, dass dem Leser das Potenzial der vorgestellten Methodik durch die Anwendung auf komplexere, praxisrelevante Beispiele demonstriert wird.

Das Buch wendet sich an Studierende der Ingenieurwissenschaften, insbesondere des Maschinenbaus und der Verfahrenstechnik sowie verwandter Studienrichtungen wie Physik und angewandte Mathematik, Ingenieure und Naturwissenschaftler, die CFD-Simulationen einsetzen wollen.

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Ein ähnliches Ziel wird im zweiten Beispiel, Abb. 5b, verfolgt. Das hybride Gitter vernetzt die schon in Abb. 4b vorgestellte Geometrie. Durch das strukturierte C-Gitter kann das Geschwindigkeitsprofil der Grenzschichtströmung besser als mit dem reinen Dreiecksgitter aufgelöst werden, während der Übergang zu den Kanalwänden wieder durch ein unstrukturiertes Teilgitter erfasst wird. 3 Gittergenerierung Vom Konzept zum Rechengitter Die Gittergenerierung umfasst üblicherweise folgende Teilschritte: I Definition der Geometrie des Strömungsgebietes Ausgehend vom realen Problem wird zuerst das begrenzte Gebiet festgelegt, in dem die Strömung untersucht werden soll.

Die Qualität des vorläufigen Gitters sollte überprüft werden. Falls das vorläufige Gitter nicht die erwarteten oder benötigten Gütekriterien erfüllt, können die Gitterparameter geändert und ein neues Pre-Mesh erzeugt werden. 5. Schließlich wird das vorläufige in das endgültige Gitter umgewandelt, das dann in das adäquate Format für ANSYS FLUENT (die msh-Datei) exportiert wird. Die Gittergenerierung mit blockMesh umfasst folgende Schritte: 1. Im OpenFOAM-Unterverzeichnis constant/polyMesh wird die Datei blockMeshDict angelegt.

In Abb. 4 sind zwei Beispiele für unstrukturierte Gitter dargestellt. Die Verwendung von gemischten Zellen, im Beispiel Dreiecks- und Vierecks-Zellen, ermöglicht eine sehr flexible Gitterstruktur, Abb. 4a. Auf diese Weise lassen sich Gitter generieren, die sich einfach an komplexe Geometrien anpassen lassen. In Abb. 4b ist das Dreiecks-Gitter um ein tropfenähnliches Profil in einem rechteckigen Kanal dargestellt. Der Übergang von der Außenkontur des Profils zur Innenkontur des Kanals kann durch das Gitter sehr einfach erfasst werden.

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