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4. November 2024

D6.3.4 Wände

Die viskose Strömung in der Nähe einer Wand mit Anti-Schlupf-Bedingung ist durch eine Schubspannung gekennzeichnet, die mit dem Geschwindigkeitsgradienten senkrecht zur Wand zusammenhängt. Der Abstand z eines Punktes von der Wand, bezogen auf die viskose Länge δν, ist der relative Wandabstand z+, der erst nach einer Berechnung ermittelt beziehungsweise überprüft werden kann:

Der dimensionslose Wandabstand z+ definiert verschiedene Strömungsbereiche: die viskose Teilschicht (z + < 5), die Pufferschicht (5 < z + <30) und die turbulente Grenzschicht (z + >30). In der Praxis wird das komplexe Verhalten von Wänden häufig durch Wandfunktionen angenähert. Es wird unterschieden zwischen „wandnahen“ bzw. „niedrigen Reynolds-Zahl“-Modellen, bei denen die Teilschicht ( z+ ≈1) aufgelöst wird, und „wandfern“- bzw. „hoch-Reynolds-Zahl“-Modellen, bei denen die z Die erste Zelle sollte außerhalb der Schicht liegen (z+ >11).

Für die genaue Erfassung von Drücken und Kräften ist die realitätsnahe Modellierung der Strömungsablösungen von entscheidender Bedeutung. Bei scharfkantigen Strukturen tritt dies an den Kanten auf, während bei gekrümmten Flächen der Prozess komplexer ist und fortgeschrittene Wandgesetze erfordert.
Bei der Verwendung von Wandfunktionen muss die äquivalente Sandrauigkeit ks kleiner gleich dem Abstand des ersten Berechnungsknotens von der Wand sein. Die genaue Lage dieses Knotens hängt vom verwendeten numerischen Verfahren ab.
Die Schubspannungen tragen zur Gesamttragfähigkeit bei und spielen vor allem in flügelähnlichen Konstruktionen für den Horizontalkraftbeiwert eine Rolle. Bei Strukturen mit Strömungsablösungen ist das korrekte Erfassen der Schubschichten in den Ablösebereichen von größerer Bedeutung.

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