Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2018

Rechnergestützte Wissenschaften Master Information
Vertiefungsgebiete
Fluiddynamik
Eine der beiden Lerneinheiten
151-0208-00L Berechnungsmethoden der Energie- und Verfahrenstechnik
151-0212-00L Advanced CFD Methods
ist obligatorisch.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0208-00LBerechnungsmethoden der Energie- und VerfahrenstechnikO4 KP2V + 2UD. W. Meyer-Massetti
KurzbeschreibungEs werden numerische Methoden für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik dargestellt und an einfachen Beispielen auf dem Rechner geübt.
Inhalt: Problemlösungsprozess, physikalische und mathematische Modelle, Grundgleichungen, Diskretisierungsverfahren, numerische Lösung der Advektionsgleichung, Diffusionsgleichung und Poisson-Gleichung, turbulente Strömungen.
LernzielKenntnisse und praktische Erfahrungen mit der Anwendung der wichtigsten Diskretisierungs- und Lösungsverfahren für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik und der Energie- und Verfahrenstechnik
InhaltAufbauend auf den Lehrveranstaltungen über Fluiddynamik, Thermodynamik, Computational Methods for Engineering Application I (empfehlenswertes Wahlfach, 4. Semester) und Informatik (Programmieren) werden numerische Methoden für Berechnungsaufgaben der Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik dargestellt und an einfachen Beispielen geübt.

1. Einleitung
Übersicht, Anwendungen
Problemlösungsprozess, Fehler
2. Rekapitulation der Grundgleichungen
Formulierung, Anfangs- und Randbedingungen
3. Numerische Diskretisierungsverfahren
Finite-Differenzen- und Finite-Volumen-Verfahren
Grundbegriffe: Konsistenz, Stabilität, Konvergenz
4. Lösung der grundlegenden Gleichungstypen
Wärmeleitungs/Diffusionsgleichung (parabolisch)
Poisson-Gleichung (elliptisch)
Advektionsgleichung/Wellengleichung (hyperbolisch)
und Advektions-Diffusions-Gleichung
5. Berechnung inkompressibler Strömungen
6. Berechnung turbulenter Strömungen
SkriptEin Skript steht zur Verfügung
Literaturwird zu Beginn der Vorlesung mitgeteilt
Voraussetzungen / BesonderesÜbungen:
Es werden theoretische und praktische (Programmier-)Aufgaben mit Anwendungen aus Fluiddynamik, Energie- und Verfahrenstechnik gestellt. Eine aktive Teilnahme ist unerlässlich.
Grundkenntnisse in Matlab sind von Vorteil.
151-0212-00LAdvanced CFD MethodsW4 KP2V + 1UP. Jenny
KurzbeschreibungFundamental and advanced numerical methods used in commercial and open-source CFD codes will be explained. The main focus is on numerical methods for conservation laws with discontinuities, which is relevant for trans- and hypersonic gas dynamics problems, but also CFD of incompressible flows, Direct Simulation Monte Carlo and the Lattice Boltzmann method are explained.
LernzielKnowing what's behind a state-of-the-art CFD code is not only important for developers, but also for users in order to choose the right methods and to achieve meaningful and accurate numerical results. Acquiring this knowledge is the main goal of this course.

Established numerical methods to solve the incompressible and compressible Navier-Stokes equations are explained, whereas the focus lies on finite volume methods for compressible flow simulations. In that context, first the main theory and then numerical schemes related to hyperbolic conservation laws are explained, whereas not only examples from fluid mechanics, but also simpler, yet illustrative ones are considered (e.g. Burgers and traffic flow equations). In addition, two less commonly used yet powerful approaches, i.e., the Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) and Lattice Boltzmann methods, are introduced.

For most exercises a C++ code will have to be modified and applied.
Inhalt- Finite-difference vs. finite-element vs. finite-volume methods
- Basic approach to simulate incompressible flows
- Brief introduction to turbulence modeling
- Theory and numerical methods for compressible flow simulations
- Direct Simulation Monte Carlo (DSMC)
- Lattice Boltzmann method
SkriptPart of the course is based on the referenced books. In addition, the participants receive a manuscript and the slides.
Literatur"Computational Fluid Dynamics" by H. K. Versteeg and W. Malalasekera.
"Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems" by R. J. Leveque.
Voraussetzungen / BesonderesBasic knowledge in
- fluid dynamics
- numerical mathematics
- programming (programming language is not important, but C++ is of advantage)
151-0110-00LCompressible FlowsW4 KP2V + 1UJ.‑P. Kunsch
KurzbeschreibungThemen: Instationäre eindimensionale Unterschall- und Überschallströmungen, Akustik, Schallausbreitung, Überschallströmung mit Stössen und Prandtl-Meyer Expansionen, Umströmung von schlanken Körpern, Stossrohre, Reaktionsfronten (Deflagration und Detonation).
Mathematische Werkzeuge: Charakteristikenverfahren, ausgewählte numerische Methoden.
LernzielIllustration der Physik der kompressiblen Strömungen und Üben der mathematischen Methoden anhand einfacher Beispiele.
InhaltDie Kompressibilität im Zusammenspiel mit der Trägheit führen zu Wellen in einem Fluid. So spielt die Kompressibilität bei instationären Vorgängen (Schwingungen in Gasleitungen, Auspuffrohren usw.) eine wichtige Rolle. Auch bei stationären Unterschallströmungen mit hoher Machzahl oder bei Überschallströmungen muss die Kompressibilität berücksichtigt werden (Flugtechnik, Turbomaschinen usw.).
In dem ersten Teil der Vorlesung wird die Wellenausbreitung bei eindimensionalen Unterschall- und Überschallströmungen behandelt. Es werden sowohl Wellen kleiner Amplitude in akustischer Näherung, als auch Wellen grosser Amplitude mit Stossbildung behandelt.

Der zweite Teil befasst sich mit ebenen stationären Überschallströmungen. Schlanke Körper in einer Parallelströmung werden als schwache Störungen der Strömung angesehen und können mit den Methoden der Akustik behandelt werden. Zu der Beschreibung der zweidimensionalen Überschallumströmung beliebiger Körper gehören schräge Verdichtungsstösse, Prandtl -Meyer Expansionen usw.. Unterschiedliche Randbedingungen (Wände usw.) und Wechselwirkungen, Reflexionen werden berücksichtigt.
Skriptnicht verfügbar
LiteraturEine Literaturliste mit Buchempfehlungen wird am Anfang der Vorlesung ausgegeben.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Fluiddynamik I und II
401-5950-00LSeminar in Fluid Dynamics for CSE Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W4 KP2SP. Jenny, T. Rösgen
KurzbeschreibungEnlarged knowledge and practical abilities in fundamentals and applications of Computational Fluid Dynamics
LernzielEnlarged knowledge and practical abilities in fundamentals and applications of Computational Fluid Dynamics
Voraussetzungen / BesonderesContact Prof. P. Jenny or Prof. T. Rösgen before the beginning of the semester
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