Fachgebiet Strömungsmaschinen

Fluid-Struktur Wechselwirkung

Fluid-Struktur Interaktion

Kombination eines Fluid und eines Strukturlösers

  • Fluidlöser: FSM-Entwicklungscode SPARC (parallelisiert, 3D, Navier-Stokes, kompressibel, versch. Turbulenzmodelle, LES)
  • Strukturlöser: Z88 (Lehrstuhl für Konstruktionslehre und CAD, Univ. Bayreuth)
  • Steuerungsinterface in SPARC
  • Ziele: Untersuchung von Strukturanregung durch Strömungsphänomene
  • Langfristig: Schallerzeugung und -transport durch Strukturanregung
  • Anwendungsgebiete: Vibrationen strömungsmechanischer Systeme (z.B. hydraulische Systeme, Pumpenanlagen), biomedizinische Strömungen u.a.
  • Anforderungen: hochgenaue Interpolationstechniken zwischen den meist unterschiedlich gestalteten Netzen von Fluidberechnungsdomäne und Strukturberechnungsdomäne
  • Prinzip und Berechnungbeispiele: siehe unten

Beispiel A: Instationäre Umströmung eines quadratischen Zylinders mit Plättchen im Nachlauf

 

swinging plate in vortex street 
Schwingendes Plättchen im Nachlauf einer Zylinderumströmung



Prinzip

 Prinzip der Informationsübertragung zwischen den Netzen: Netzinterpolation

 

Prinzip der Informationsübertragung zwischen den Netzen: Netzinterpolation

Skizze zur Interpolation bei gekrümmten Oberflächen



Beispiel B stationär: Zylinderumströmung

 

 

Umströmungsfall Zylinder: Fluidnetz um den Zylinder herum (Anfangskonfiguration)

Umströmungsfall Zylinder: Strukturnetz des Zylinders (Anfangskonfiguration)

 

 

Umströmungsfall Zylinder: stationäre Fluidlösung und Zylinderdeformation

Umströmungsfall Zylinder: Deformation der Netze (Ausschnitte)



Beispiel C stationär: Kanaldurchströmung

 

 

Durchströmungsfall Kanal: Elastischer Ring in der Kanalmitte, versehen mit Strukturnetz, Ausgangskonfiguration

Durchströmungsfall Kanal: Zustand nach Erreichen des stationären Kräftegleichgewichts, elastischer Ring hat sich aufgeweitet

 

 

Durchströmungsfall Kanal: vergrößerter Ausschnitt am elastischen Ring nach Deformation

Durchströmungsfall Kanal: vergrößerter Ausschnitt ohne Strukturnetz