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Aus welchen beiden Teilaufgaben besteht die Numerische Strömungssimulation?
- Modellierung der realen Strömung durch ein mathematisch/physikalisches Modell (bestehend aus Dgln, RB, AB)
- näherungsweise Numerische Integration des Gleichungssystems mit Hilfe eines auf einem Digitalrechner ablaufenden Simulationsprogramms
Welche Aufgaben erfüllt eine Numerische Strömungssimulation im Maschinenbau/Ingenieurwesen?
- Entwurfsaufgabe (geg.: Strömungseigenschaften, ges.: Geometrie)
- Nachrechnungsaufgabe (geg.: Geometrie, ges.: Strömung)
Was bedeutet "mathematisch/physikalische Modellierung" als Teilaufgabe der Numerischen Strömungssimulation?
Aufstellung der Dgln und RB und AB, welche die reale Strömung repräsentieren
Was ist das Ergebnis des Modellierungsschrittes als Teilaufgabe der Numerischen Strömungssimulation ?
mathematisch/physikalisches Modell (bestehend aus Dgln, RB, AB)
Was versteht man in der Strömungsmechanik unter einem Labormodell und was unter einem numerischen Modell ?
- Labormodell: verkleinertes oder vergrößertes Modell der realen Maschine bzw. realen Strömung, welches der vewendeten Messtechnik besser zugänglich als die reale Maschine ist.
- Numerisches Modell: Ergebnis der numerischen Modellierung, das bei einfacherer Handhabung näherungsweise die gleichen interessierenden Eigenschaften, wie die reale Strömung besitzt
Welcher Untersuchungmethoden, außer der Numerischen Simulation, bedient sich die Strömungsmechnik noch ?
- experimentelle Modellierung im Experimentierlabor
- mathematische Modellierung mit vereinfachten Modellgleichungen, die analytisch gelöst werden
Warum ist die Modellierung von Strömungsvorgängen in komplexen Geometrien allein mit Hilfe mathematisch/analytischer Methoden nicht möglich ?
Grundgleichungen unter RB für komplexe Geometrien sind nicht analytisch exakt lösbar
Worin besteht der Vorteil eines Experiments im Experimentallabor gegenüber der Originalausführung ?
- besser Zugänglichkeit für Messtechnik
- einfachere, kostengünstigere und/oder risikoärmere Handhabung
Nennen Sie Vorteile der Numerischen Strömungssimulation gegenüber einer experimentellen Untersuchgsmethode.
- keine Limitation bzgl. Betriebsgrenzen des Prüfstands und der Messtechnik
- zeitliche und räumliche Auflösung nicht durch Messtechnik begrenzt
Was sind Vorteile der Numerischen Strömungssimulation gegenüber der rein analytischen (mathematischen) Untersuchungsmethode.
- auch Probleme mit komplexeren Geometrien, Strömungen lösbar (mit komplexeren Randbedingungen)
- keine/weniger Vereinfachungen notwendig
Welcher drei Fachdisziplinen bedient sich die Strömungsmechanik?
- Physik
- Numerische Mathematik
- Ingenieurwesen
Für welche Größen werden in der Numerischen Strömungssimulation (Strömung ist laminar) Bilanzgleichungen erfüllt?
Masse, Impuls und Energie
Welches sind die Erhaltungsgrößen der Numerischen Strömungssimulation?
Masse, Impuls und Energie
Welches sind die Erhaltungsgrößen für isotherme Strömungen?
Masse, Impuls und Energie
Welche strömungsmechanische Phänomene, können bei der Durchströmung eines Rohrkrümmers auftreten ?
- Sekundärströmung
- Strömungsablösung
- thermische Kavitation
Welche Kräfte stehen bei der Durchströmung eines Rohrkrümmers an jedem Punkt im Strömungsfeld im Gleichgewicht (ohne Schwerkraft)?
Zentrifugalkraft und Druckkraft
Welche Kräfte sind für die Erklärung der Entstehung einer Sekundärströmung im Rohrkrümmer erforderlich?
Die Zentrifugalkraft ist am Innenradius nicht ausreichend, um die Druckkraft auszugleichen. Deshalb entsteht eine Ausgleichsströmung zum Innenradius des Rohrbogens.
Welche Randbedingungen a) am Einströmrand, b) an der Wand und c) am Ausströmrand gelten für Geschwindigkeit und Druck bei der Durchströmung des Rohrkrümmers?
a) Geschwindigkeit und/oder Druck vorgegeben
b) Geschwindigkeitsvektor ist am Rand null (Haftbedingung), Druck ergibt sich aus Berechnung
c) Geschwindigkeit oder Druck vorgegeben
Skizzieren Sie Strömungsablösung in der Nähe der Innenseite eines durchströmten Rohrbogens. Welches Auswirkungen hat sie auf den Druckverlust zwischen Ein- und Ausströmquerschnitt?
Sie erhöht den Druckverlust.
Zeichnen Sie Isobaren im Mittelschnitt eines durchströmten 90°- Rohrkrümmers.
Welche drei Kräfte müssen bei konstanten Stoffeigenschaften an jeder Stelle innerhalb des Rohrkrümmers berücksichtigt werden, um den Druckabfall richtig zu berechnen?
- Zentrifugalkraft
- Druckkraft
- Reibungskraft
Welche Kräfte innerhalb einer allgemeinen Strömung müssen berücksichtigt werden, um Strömungsablösung simulieren zu können ?
- Zentrifugalkraft
- Druckkraft
- Reibungskraft
Mit welcher Kraft steht in einer stationären Strömung die Druckkraft pro Volumen entlang einer gekrümmten Stromlinine im Gleichgewicht, wenn Reibung keine Rolle spielt ?
Zentrifugalkraft
Mit welcher Kraft steht in einer stationären Strömung die Zentrifugalkraft im Gleichgewicht, wenn Reibung keine Rolle spielt ?
Druckkraft
Welche Kräfte müssen berücksichtigt werden, um folgende Effekte simulieren zu können: Sekundärströmung, Strömungsablösung, Einsetzen von Kavitation (d.h. ob sie möglich ist) ?
- Zentrifugalkraft
- Druckkraft
- Reibungskraft
Welche Strömungsphänomene in einem Rohrkrümmer können mit einer eindimensionalen Stromfadentheorie nicht beschrieben werden (nennen Sie Beispiele)?
- Sekundärströmung
- Strömungsablösung
- thermische Kavitation
Weshalb bildet sich ein lokales Druckminimum im Innenbereich eines Rohrkrümmers aus ?
Die Zentrifugalkraft reicht nicht aus die Druckkraft auszugleichen.
Weshalb bildet sich ein lokales Druckmaximum im Außenbereich eines Rohrkrümmers aus ?
Da die Druckkraft mit der Zentrifugalkraft im Gleichgewicht steht und diese am Außenradius maximal ist.
Zeichnen Sie die Stromlinien der stromab eines Rohrkrümmers auftretenden Sekundärströmung und geben Sie die Ursache dieser Strömung an.
Die Zentrifugalkraft ist am Innenradius nicht ausreichend, um die Druckkraft auszugleichen. Deshalb entsteht eine Ausgleichsströmung zum Innenradius des Rohrbogens.
Skizzieren Sie die Druckverteilung in der Symmetrieebene des Rohrkrümmers durch 5 Isobaren.
Zeichnen Sie die Geschwindigkeitsverteilung in der Symmetrieebene eines Rohrkrümmers.
Unter welcher Bedingung kann entlang der Innenseite eines Rohrkrümmers Strömungsablösung auftreten?
bei kleinem inneren Krümmungsradius R
Wie ändert sich die Strömung, wenn innerhalb des Rohrkrümmers der Sättigungsdruck unterschritten wird ?
Durch die Kavitation entstehen Dampfblasen, die mit der Strömung transportiert werden --> Zweiphasenströmung
Anhand welcher Strömungsgröße(n) kann beurteilt werden, ob in einer Strömung die Möglichkeit der Kavitation besteht?
Wenn der minimale Druck in der Strömung den lokalen Sättigungsdruck unterschreitet.
Was versteht man unter einer dreidimensionalen Strömung ?
eine Strömung, bei der die Zustandsgrößen von drei räumlichen Koordinaten abhängig sind
Was versteht man in der Strömungssimulation unter der "Entwurfsaufgabe" und was unter der "Nachrechnungsaufgabe" ?
- Entwurfsaufgabe (geg.: Strömungseigenschaften, ges.: Geometrie) --> Entwurfsverfahren (liefert oft keine Lösung)
- Nachrechnungsaufgabe (geg.: Geometrie, ges.: Strömung) --> Nachrechnungsverfahren
Nennen Sie die Randbedingungen für die Simulation der stationären Durchströmung eines Rohrkrümmers: a) Eintrömquerschnitt, b) Ausströmquerschnitt, c) Wand.
a) Geschwindigkeit und/oder Druck vorgegeben
b) Geschwindigkeit oder Druck vorgegeben
c) Geschwindigkeitsvektor ist am Rand null (Haftbedingung)
Was versteht man unter einer a) stationären, b) dreidimensionalen, c) inkompressiblen, d) reibungslosen Strömung?
a) Strömung hängt nicht von der Zeit ab
b) Zustandsgrößen sind von drei räumlichen Koordinaten abhängig
c) Dichte hängt nicht vom Druck ab
d) Reibungskräfte werden nicht berücksichtigt
Was versteht man unter einer a) instationären, b) zweidimensionalen, c) kompressiblen, d) isothermen Strömung?
a) Strömung hängt von der Zeit ab
b) Zustandsgrößen sind von zwei flächigen Koordinaten abhängig
c) Dichte hängt vom Druck ab
d) Temperatur ist konstant
Welche mathematische Form besitzen alle Grundgleichungen der Kontinuumsmechanik strömender Medien?
partielle Differentialgleichungen
Welcher molekulare Vorgang ist Ursache aller Diffusionsvorgänge (Reibung, Wärmeleitung) in einer Strömung?
Brown´sche Molekularbewegung
Warum sind isotherme Strömungen von Flüssigkeiten immer inkompressibel ? Geben Sie die Definition des isothermen Kompressibilitätskoeffizienten an.
da der isotherme Kompressibilitätskoeffizient von z.B. Wasser sehr klein ist (gamma=45,4*10^-6)
Welches sind die zwei physikalischen Transportvorgänge in Strömungen! Was kann transportiert werden ?
Impuls und Masse ???
Wie nennt man die makroskopischen Auswirkungen der Molekularbewegung auf (i) den Impulstransport und (ii) den Energietransport in einer Strömung?
- Reibung
- Wärmeleitung
Was versteht man unter einem Newtonschen Fluid? Nennen Sie zwei Beispiele.
Was versteht man unter 'nicht-Newtonschen Fluiden' ? Nennen Sie zwei Beispiele.
Flüssigkeit oder Gas, dessen Scherspannung bei einem laminaren Fließvorgang nicht proportional zur Schergeschwindigkeit ist
Bsp.: Kunststoffschmelze, Blut
Was versteht man unter einem inkompressiblen Fluid?
Fluid, bei dem die Dichte eine Stoffgröße ist. (hängt nicht vom Druck ab)
Welcher mikroskopische Vorgang verursacht Reibung und Zähigkeit eines Fluids ?
Brown´sche Molekularbewegung
Wie lautet das Newton´sche Reibungsgesetz ?
Nennen Sie die Einheiten der folgenden Größen: a) Impuls pro Volumen, b) dynamische Zähigkeit, c) Dichte, d) Wärmeleitfähigkeit, e) Druckgradient
Nennen Sie die physikalischen Einheiten der Größen: a) Impuls pro Volumen, b) kinematische Zähigkeit, c) Staudruck, d) Schubspannung e) Turbulente kinetische Energie pro Masse
Nennen Sie die Einheiten der folgenden Größen: a) Energie pro Volumen, b) Wärmeleitfähigkeit, c) thermischer Expansionskeoffizient, d) Druck e) Auftriebskraft pro Volumen
Nennen Sie die physikalischen Einheiten der Größen: a) dynamische Zähigkeit, b) Impuls pro Volumen, c) Wärmestromdichte, d) turbulente kinetische Energie pro Volumen
Nennen Sie die physikalischen Einheiten der Größen: a) Dichte, b) molekulare dynamische Viskosität, c) Impuls pro Volumen, d) Energie pro Masse, e) spezifische Wärmekapazität
