Digitale Lehre
Für die Lehrveranstaltung "Introduction to Turbulence" wird im Sommersemester 2024 der reguläre Präsenbetrieb angeboten. Als zusätzlichen Service werden wir elektronisches Material zum Selbststudium anbieten. Die Skripte und Übungen werden im Moodle-Kurs verfügbar sein.
Bitte melden Sie sich unbedingt auch für den entsprechenden Moodle-Kurs an. Alle aktuellen Informationen und Lernmaterialien werden in Moodle veröffentlicht.
Lehrinhalte
- Ursachen der Turbulenz (Einführung in die lineare Stabilitätstheorie);
- Einführung in die Turbulenz und ihre statistische Beschreibung;
- Reynoldssche Zerlegung, Filterung und gemittelte Grundgleichungen;
- Korrelationsgleichungen (Ein- und Mehr-Punkt);
- Isotrope Turbulenz und die von Karman-Howarth Gleichung;
- Turbulenter Decay- Turbulente Längenskalen;
- Kolmogorovsche Theorie- Energiespektrum;
- Weitere Theorien isotroper Turbulenz (Intermittenz);
- Turbulente wandnahe Strömungen, Grenzschichten und Skalengesetze;
- Freie Scherströmungen;
- Abgelöste turbulente Strömungen;
- Symmetrien und Grundlagen der Modellierungstheorie;
- RANS Modell-Klassen
Literatur
Vorlesungsskript (auf moodle)
Pope: Turbulent Flows, Cambridge Universtity Press, 2000.
Voraussetzungen
Vorlesungen Technische Mechanik IV oder Technische Strömungslehre.
Kenntnisse der gewöhnlichen und partiellen Differentialgleichungen.
Erwartete Teilnehmerzahl
50
Offizielle Kursbeschreibung
Lernergebnisse
Nachdem die Studierenden die Lerneinheit erfolgreich abgeschlossen haben, sollten sie in der Lage sein:
1. Die Gesetzmässigkeiten zur statistischen Beschreibung von Turbulenz, basierend auf den Navier-Stokes Gleichungen, zu kennen.
2. Zentrale Definitionen für turbulente Parameter wie Längen- und Zeitmaße auszudrücken.
3. Die Herleitung der Kolmogorovsche Theorie und die turbulente Energiespektren sowie Erweiterungen für höhere Korrelationen zu erklären.
4. Die Herleitung der Zwei- und Mehr-Punkt Korrelationsgleichungen zu erklären.
5. Eine Vielzahl klassischer Strömungsformen z.B. wandnahe oder freie turbulente Strömungen zu unterscheiden und diese unter Angabe der jeweiligen Skalengesetze zu skizzieren.
6. Bei den Modellierungskonzepte der verschiedenen RANS Konzepte die unterschiedlichen Modellklassen zu kennen, sie anhand ihrer Vor- und Nachteile zu unterscheiden sowie die zentralen Modellierungskonzepte zu skizzieren und zu erläutern.
7. Die wesentlichen Ideen der Large-Eddy Simulation anhand von Gleichungen zu erläutern und die Vorteile aufzeigen sowie eine Abgrenzung zu den RANS Modellen vornehmen zu können.
8. Die Möglichkeiten und Grenzen bei allen Berechnungsmethoden gegeneinander abgrenzen zu können.
Bemerkung Webportal
Ausführliche und aktuelle Informationen sind dem Homepage des Fachgebiets FDY zu entnehmen:www.fdy.tu-darmstadt.de --> lehre --> sommersemester
Online-Angebote
moodle
Digital Teaching
For the course "Introduction to Turbulence" the regular face-to-face classes will be offered in the summer semester 2024. As an additional service, we will offer electronic material for self-study. The lecture notes and exercises will be available in the Moodle course.
Please be sure to register for the corresponding Moodle course as well. All current information and learning materials will be posted in Moodle.
Course Contents
Origin of turbulence and introduction of stability theory;
introduction to turbulence and its statistical description;
Reynolds decomposition, filtering and averaging the basic equations;
correlation equations (one- and multi point);
isotropic turbulence and the Karman-Howarth equation;
turbulent decay; turbulent length-scales;
Kolmogorov theory; energy spectrum;
deeper investigations of isotropic turbulence (Intermittency);
turbulent wall bounded flows;
boundary and turbulent scaling laws;
free shear flows;
detached turbulent flows.
Literature
Lecture notes (on moodle)
Pope: Turbulent Flows, Cambridge Universtity press 2000
Official Course Description
Learning Outcomes
On successful completion of this module, students should be able to:
1. know the the regularities for the statistic description of turbulence, based on the Navier-Stokes equations.
2. express basic definitions for turbulent parameters such as length and time scales.
3. explain the deduction of the Kolmogorov theory and turbulent energy spectra as well as extensions for higher correlations
4. explain the deduction of the two- and multi-point correlation ecquations
5. distinguish a multiplicity of classical flow forms e.g. near-wall or free turbulent flows and to outline these flows under specification of the respective scale laws
6. know the modelling concepts of the different RANS concepts, to distinguish them on the basis of their dis- and advantages and to outline and clarify the main modelling concepts.
7. describe the substantial ideas of the Large Eddy Simulation on the basis of equations, to show advantages as well as carry out a delimitation of the RANS models.
8. delimit the possibilities and limitations of all calculation methods.
Online Offerings
moodle
- Lehrende: Martin Oberlack
- Lehrende: Yongqi Wang