Wissenschaftliche Untersuchung von Strömungen
Die numerische Simulation der Strömung (englisch: computational fluid dynamics, CFD) ermöglicht komplexe Informationen über die Strömung, den Ersatz einfacher aber langwieriger Experimente sowie konstruktive und / oder physikalische Parameterstudien. CFD-Verfahren bilden außerdem die Grundlage für die numerische Aeroakustik, die sich mit der Ausbreitung von Strömungsgeräuschen befasst. Bei der Berechnung turbulenter Strömungen sind die Netzgenerierung sowie die sorgfältige Auswahl geeigneter Randbedingungen und die korrekte Modellierung der turbulenten Eigenschaften von grundlegender Bedeutung. CFD verfügt über ein breites Spektrum an Modellen, um turbulente Strömungsphänomene zu erfassen. RANS-Modelle (Reynolds-Averaged-Navier-Stokes) sind die am weitesten verbreiteten Ansätze der Turbulenzmodellierung. Praktikable Beispiele hierfür sind das k-Omega-Modell (speziell SST) und k-Epsilon-2-Gleichungsmodelle sowie das RSM (Reynolds-Stress-Model) für stark turbulente Strömungen. Als Ergänzung zu den RANS-Modellen bieten skalenauflösende Turbulenzmodelle die Möglichkeit, bestimmte turbulente Effekte tatsächlich räumlich und zeitlich aufzulösen (z.B. LES (Large-Eddy-Simulation)). Die Anforderungen an das Rechennetz und den Zeitschritt im Rahmen transienter Strömungssimulationen werden im Detail betrachtet und angewendet. Parallel zu Messungen finden oftmals numerische Simulationen statt. Das Zusammen- / Wechselspiel von Messung und Numerik ist in zahlreichen Projekten essentiell und soll zum einen die Variantenvielfalt der möglichen Konfigurationen erhöhen und zum anderen durch die Validierung der CFD-Simulation durch Messergebnisse die Anzahl der Experimente mit vorausgegangenem Bau von Versuchsmustern deutlich reduzieren. Diese Herangehensweise findet für alle relevanten Untersuchungsbereiche - strömungsmechanisch, akustisch und energetisch - Anwendung. Am Institut für Luft- und Kältetechnik wird die Strömungssimulation unter anderem zur Untersuchung von Phänomenen in der Raumluftströmung eingesetzt. Dabei werden Simulationswerkzeuge von ANSYS oder OpenFOAM genutzt. Des Weiteren ist die institutseigene Entwicklung und der Einsatz hochspezialisierter, effizienter Strömungslöser [CARIBOU] für Echtzeit-CFD zu nennen. Diese Anwendungen ermöglichen u.a. den energieeffizienten und komfortablen Betrieb von HVAC-Systemen, die Vernetzung aller TGA-Komponenten wie Heizung, Kühlung, Lüftung, Sonnenschutz, etc. und bilden somit ein System (-baustein) zur intelligenten und selbstoptimierenden Raumluftsteuerung.