Bachelor-/Masterarbeit

Durchströmung von strukturierten Blechen

Es ist bekannt, dass bestimmte mikroskopische Strukturen (Riblets) auf angeströmten Körperoberfläachen zu einer Reduzierung des Reibungswiderstandes führen können. Makroskopische Strukturen können ebenfalls zu einer gezielten Verminderung des Widerstandes führen - z.B. durch Generierung einer turbulenten Grenzschicht, die einerseits einen geringeren Reibungwiderstand hat und auerdem stabiler gegen Strömungsablösung ist (Beispiel "Dimples" / Vertiefungen wie auf dem Golf-Ball). Weiterhin können Wirbelstrukturen mittels kleiner Winglets oder ähnlicher makroskopischer Strukturen (Größe im Bereich von Zentimetern) aufgebrochen und der Strömungswiderstand insgesamt verringert werden.

Die zu untersuchenden Bleche haben Strukturen, die die Strömung (Grenzschicht) auf unterschiedliche Weise beeinussen können. Die typische Größe von 10...160mm (Längsausdehnung) und wenige Millimeter (Höhenausdehnung) erlaubt eine Beeinflussung wahrscheinlich nur über makroskopische Wirkmechanismen, die in Detail noch zu untersuchen sind, nicht wie bei Riblets über Einflussnahme auf die viskose Unterschicht der Strömungsgrenzschicht.

Im Rahmen dieser Arbeit soll der CFD-Code OpenFOAM zur Simulation der Umströmung von zylindrischen Körpern mit strukturierter Oberfläche eingestezt werden. Anhand von CAD- Geometriedaten sollen mit Hilfe des Tools "snappyHexMesh" geeignete Rechengitter für die zwei Oberflächenarten erstellt werden. Simulationen sollen in einem gewissen Parameterbereich derReynoldszahl und der geometrischen Strukturen durchgeführt werden. Hierbei sollen die Strömungsmuster charakterisiert, die Ablösungsbereiche der Strömung untersucht und der Reibungswiederstand analysiert werden. Die numerischen Ergebnisse sollen anschlieend mit experimentellen Messdaten verglichen werden.