D3. Rauigkeit

In der CFD-Simulation von Gebäudeströmungen müssen zwei unterschiedliche Grenzschichttypen berücksichtigt werden.

• Die atmosphärische Grenzschicht als Anströmbedingung.
• Lokale Grenzschichten an Volumenkörperoberflächen, werden oft über Wandfunktionen modelliert.

Wird die Strömung an der Körperoberfläche nicht direkt aufgelöst, so kommen Wandgesetze zur Anwendung, die spezifische Anforderungen an die Diskretisierung der Fläche stellen. Die Anwendung von Wandgesetzen in Trennungsbereichen sollte kritisch untersucht werden.
Obwohl beide Grenzschichttypen auf dem universellen logarithmischen Wandgesetz basieren, verwenden sie unterschiedliche Parameter zur Beschreibung der Oberflächenrauigkeit:

• Die atmosphärische Grenzschicht verwendet die implizite Rauigkeitslänge z₀.
• Wandfunktionen verwenden typischerweise die explizite äquivalente Sandrauigkeit k_s.

Diese Rauigkeitsparameter stammen aus unterschiedlichen Sichtweisen und haben wechselnde Größen ( k_s : 0,9 bis 60 m; z₀ :0.01 bis 1 m). Eine direkte Äquivalenz ist somit nicht zulässig.
Für den Ansatz der Geländerauigkeit in Wandfunktionen ist die Umwandlung von z₀ in k_s notwendig. Je nach Implementierung gilt eine Näherung: k_s ≈20⋅z₀ bis 30⋅z₀ (nach Schlichting und Blocken).
Diese Unterscheidung ist entscheidend für die korrekte Modellierung von Grenzschichten in der CFD-Simulation von Gebäudeströmungen.