Numerische Strömungsberechnung: Schneller Einstieg in ANSYS-CFX durch einfache Beispiele

Vorwort
Symbolverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1: Einführung
	1.1	 Ziel dieses Buchs
	1.2	 Aufgaben der numerischen Strömungsberechnung
	1.3	 Aufbau des Buchs
2: Erhaltungsgleichungen der Strömungsmechanik
	2.1	 Ziel dieses Kapitels
	2.2	 Herleitung der Erhaltungsgleichungen
		2.2.1	 Massenerhaltungsgleichung
		2.2.2	 Impulserhaltungsgleichungen
		2.2.3	 Energieerhaltungsgleichung
	2.3	 Navier-Stokes-Gleichungen
		2.3.1	 Vollständige Navier-Stokes-Gleichungen
		2.3.2	 Zusätzlich benötigte Gleichungen und Größen
		2.3.3	 Randbedingungen
		2.3.4	 Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Gleichungen
		2.3.5	 Turbulenzmodelle
	2.4	 Vereinfachungsmöglichkeiten
		2.4.1	 Einführung
		2.4.2	 Thin-Layer-Navier-Stokes-Gleichungen
		2.4.3	 Euler-Gleichungen
		2.4.4	 Grenzschicht-Gleichungen
		2.4.5	 Potentialgleichung
3: Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen
	3.1	 Ziel dieses Kapitels
	3.2	 Was bedeutet Diskretisierung?
	3.3	 Räumliche Diskretisierung
		3.3.1	 Diskretisierung der 1. Ableitungen
		3.3.2	 Diskretisierung der 2. Ableitungen
	3.4	 Zeitliche Diskretisierung
		3.4.1	 Zeitasymptotische bzw. stationäre Lösungen
		3.4.2	 Zeitgenaue bzw. instationäre Lösungen
	3.5	 Differenzengleichungen
		3.5.1	 Herleitung
		3.5.2	 Konsistenz, Stabilität und Konvergenz
		3.5.3	 Additive numerische Viskosität
		3.5.4	 Upwind-Diskretisierung
		3.5.5	 Explizite und implizite Diskretisierung
		3.5.6	 Zusammenfassung
4: Rechennetze
	4.1	 Ziel dieses Kapitels
	4.2	 Übersicht
	4.3	 Strukturierte Rechennetze
		4.3.1	 Kartesische Rechennetze
		4.3.2	 Schiefwinklige Rechennetze
		4.3.3	 Die Koordinatentransformation in schiefwinklige Koordinaten
		4.3.4	 Blockstrukturierte Rechennetze
	4.4	 Unstrukturierte Rechennetze
	4.5	 Rechennetzadaption
		4.5.1	 Die Netzverdichtung
		4.5.2	 Adaptive Rechennetze
5: Lösungsverfahren
	5.1	 Ziel dieses Kapitels
	5.2	 Übersicht
	5.3	 Zentrale Verfahren
		5.3.1	 Übersicht
		5.3.2	 Lax-Wendroff-Verfahren
		5.3.3	 Runge-Kutta-Mehrschritt-Verfahren
		5.3.4	 ADI-Verfahren
	5.4	 Upwind-Verfahren
		5.4.1	 Übersicht
		5.4.2	 Flux-Vector-Splitting-Verfahren
		5.4.3	 Flux-Difference-Splitting-Verfahren
		5.4.4	 Zusammenfassung
	5.5	 High-Resolution-Verfahren
		5.5.1	 Übersicht
		5.5.2	 Monotonie-, TVD- und Entropiebedingung
		5.5.3	 Limiter-Funktionen
		5.5.4	 Zusammenfassung
	5.6	 Vergleich der Verfahren
		5.6.1	 Stationäre Strömung durch eine divergente Düse
		5.6.2	 Instationäre Strömung in einem Stoßwellenrohr
6: Ablauf einer numerischen Strömungsberechnung
	6.1	 Ziel dieses Kapitels
	6.2	 Übersicht
	6.3	 Erzeugung des Rechengebiets (Geometrie)
	6.4	 Erzeugung des Rechennetzes (Netz)
	6.5	 Vorbereitung der Strömungsberechnung (Setup)
	6.6	 Strömungsberechnung (Lösung)
	6.7	 Auswertung (Ergebnisse)
	6.8	 Validierung
	6.9	 Einführung in die Übungsbeispiele
	6.10	 Die Arbeitsumgebung Ansys-Workbench
7: Übungsbeispiel Tragflügelumströmung
	7.1	 Erzeugung des Rechengebiets (Geometrie)
	7.2	 Erzeugung des Rechennetzes (Netz)
		7.2.1	 Starten des Programms Meshing und Erzeugung eines Standardnetzes
		7.2.2	 Verfeinerung des Rechennetzes am Profil
		7.2.3	 Assoziative Benennung der Randflächen
		7.2.4	 Beenden des Programms Meshing
	7.3	 Vorbereitung der Strömungsberechnung (Setup)
		7.3.1	 Starten des Programms CFX-Pre
		7.3.2	 Definition der Rechenparameter
		7.3.3	 Definition der physikalischen Randbedingungen
		7.3.4	 Beenden der Programms CFX-Pre
	7.4	 Berechnung der Strömung (Lösung)
		7.4.1	 Starten des Programms CFX-Solver
		7.4.2	 Überwachung des Konvergenzverhaltens
		7.4.3	 Beenden des Programms CFX-Solver
	7.5	 Auswertung (Ergebnisse)
		7.5.1	 Starten des Programms CFD-Post
		7.5.2	 Erzeugung von Isolinien-Bildern
		7.5.3	 Erzeugung von Vektor-Bildern
		7.5.4	 Erzeugung von Stromlinien-Bildern
		7.5.5	 Erzeugung von Diagrammen
		7.5.6	 Berechnung von Integralwerten
		7.5.7	 Erstellung eines Berichtes
		7.5.8	 Beenden des Programms CFD-Post
8: Übungsbeispiel Rohrinnenströmung
	8.1	 Erzeugung des Rechengebiets (Geometrie)
		8.1.1	 Importieren der CAD-Datei
		8.1.2	 Erzeugung des Rechengebiets mit dem Programm DesignModeler
	8.2	 Erzeugung des Rechennetzes (Netz)
		8.2.1	 Starten des Programms Meshing und Erzeugung eines Standardnetzes
		8.2.2	 Verfeinerung des Rechennetzes an den Rohrwänden
		8.2.3	 Assoziative Benennung der Randflächen
		8.2.4	 Beenden des Programms Meshing
	8.3	 Vorbereitung der Strömungsberechnung (Setup)
		8.3.1	 Starten des Programms CFX-Pre
		8.3.2	 Definition der Rechenparameter
		8.3.3	 Definition der physikalischen Randbedingungen
		8.3.4	 Beenden des Programms CFX-Pre
	8.4	 Berechnung der Strömung (Lösung)
		8.4.1	 Starten des Programms CFX-Solver
		8.4.2	 Überwachung des Konvergenzverhaltens
		8.4.3	 Beenden des Programms CFX-Solver
	8.5	 Auswertung (Ergebnisse)
		8.5.1	 Starten des Programms CFD-Post
		8.5.2	 Erzeugung von Isolinien-Bildern
		8.5.3	 Erzeugung von Vektor-Bildern
		8.5.4	 Erzeugung von Stromlinien-Bildern
		8.5.5	 Beenden des Programms CFD-Post
9: Übungsbeispiel Doppelrohr-Wärmeübertrager
	9.1	 Erzeugung des Rechengebiets (Geometrie)
	9.2	 Erzeugung des Rechennetzes (Netz)
		9.2.1	 Starten des Programms Meshing und Erzeugung eines Standardnetzes
		9.2.2	 Verfeinerung des Rechennetzes an den Rohrwänden
		9.2.3	 Assoziative Benennung der Randflächen
		9.2.4	 Beenden des Programms Meshing
	9.3	 Vorbereitung der Rechnung (Setup)
		9.3.1	 Starten des Programms CFX-Pre
		9.3.2	 Definition der Rechenparameter
		9.3.3	 Definition der physikalischen Randbedingungen
		9.3.4	 Beenden des Programms CFX-Pre
	9.4	 Berechnung der Strömung (Lösung)
		9.4.1	 Starten des Programms CFX-Solver
		9.4.2	 Überwachung des Konvergenzverhaltens
		9.4.3	 Beenden des Programms CFX-Solver
	9.5	 Auswertung (Ergebnisse)
		9.5.1	 Starten des Programms CFD-Post
		9.5.2	 Erzeugung von Isolinien-Bildern
		9.5.3	 Erzeugung von Vektor-Bildern
		9.5.4	 Erzeugung von Diagrammen
10: Beispiel Parametervariation
	10.1	 Definition der Eingabeparameter
	10.2	 Definition der Ausgabeparameter
	10.3	 Parametersatz
	10.4	 Vergleich der Ergebnisse zur Validierung
11: Antworten zur Zielkontrolle
	11.1	 Kap. 2 Erhaltungsgleichungen der Strömungsmechanik
	11.2	 Kap. 3 Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen
	11.3	 Kap. 4 Rechennetze
	11.4	 Kap. 5 Lösungsverfahren
	11.5	 Kap. 6 Ablauf einer numerischen Strömungsberechnung
Literatur
Stichwortverzeichnis