Fluid Mechanics

Prof. Dr.-Ing. R. Groll
(VAK 04-26-KD-002)

Original title: Strömungslehre / Einführung in die Strömungslehre
Lectures: 2SWS
ECTS: 3CP
Language: German
Study course: Produnktionstechnik B.Sc.


“Introduction to Fluid Dynamics” deals with the description and design of external and internal flows. The present methods are based on potential theory and and the solution of Navier/Stokes equations. Velocity and pressure distribution are calculated for engineering flows. The lift efficiency of aerodynamics profiles and the stresses inside laminar and turbulent liquid transport in closed and open ducts are applications of interest.

    Language: German

I Kinetische Grundlagen
1 Einführung in die Tensoranalysis
2 Inhomogene Geschwindigkeitsfelder
3 Krummlinige Koordinatensysteme

II Potentialtheorie
4 Mehrdimensionale Potentialströmungen
5 Komplexe Potentialströmungen
6 Potentialströmungen in der Aerodynamik

III Hydrodynamik
7 Wirbelstransport
8 Dynamik idealer Fluide
9 Reibungsbehaftete Strömungen

IV Grenzschichttheorie
10 Strömungen im ebenen Spalt
11 Rohr- und Ringspaltströmungen
12 Laminare und turbulente Grenzschichten

Inhalte

  • Bewegungsgleichungen verschiedener Koordinatensysteme
  • Geschwindigkeitspotentiale und Stromfunktionen
  • Potentialstömungen in der Aerodynamik
  • Laminare und Turbulente Strömungen
  • Strömungen im ebenen Spalt und im Ringspalt
  • Rohr- und Gerinnehydraulik
  • Thermo & Fluid Dynamics

    Prof. Dr.-Ing. R. Groll
    (VAK 04-326-LuR-003)

    Original title: Thermo- und Fluiddynamik
    Lectures: 2SWS
    ECTS: 3CP
    Language: German
    Study course: Produnktionstechnik M.Sc.


    The lecture “Thermo- and fluid dynamics” deals with thermal driven flows and the corresponding changes of density, pressure and temperature. Basic correlations in the fields of gas dynamics and thermo-fluidic behavior of compressible flows are presented. Transonic flows and supersonic shocks are discussed with a causal definition of entropy functions and enthalpy balances.

      Language: German

    I Zustandsgleichungen
    1 Thermodynamisch ideale und reale Gase
    2 Material- und Fluideigenschaften
    3 Auftrieb und Aerostatik

    II Entropieprinzip
    4 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
    5 Entropieproduktion und Maxwell-Relationen
    6 Expansion und Phasenübergang

    III Gasdynamik
    7 Dichte-und Druckänderung
    8 Thermodynamik isentroper Strömungen
    9 Transsonische technische Strömungen

    IV Molekulare Gasdynamik
    10 Molekülbewegung idealer und realer Gase
    11 Molekulare Geschwindigkeitsverteilung
    12 Molekülkollision und -diffusion

    Lernziele/Kompetenzen

  • Beschreibung kompressibler Strömungen
  • Expansion und Kompressionsverhalten realer Gase
  • Sklalenverständnis der Thermofluid- und Gasdynamik
  • Verständnis verd. molekularer Gasströmungen

  • Inhalte
  • Thermodynamik kompressibler Medien
  • Kalorische Zustandsgleichungen
  • Thermodynamische Konsistenz und Modellierung
  • Mikrofluiddynamik
  • Irreversibilität molekularer Mischungen
  • Molekulare Gasdynamik
  • Statistische Geschwindigkeitskorrelationen
  • Modelling Turbulent Flow

    Prof. Dr.-Ing. R. Groll
    (VAK 04-326-LuR-007)

    Original title: Modellierung turbulenter Strömungen
    Lectures: 2+2SWS
    ECTS: 6CP
    Language: German
    Study course: Produnktionstechnik M.Sc.


    “Modeling turbulent flow” aims to predict the turbulent flow characteristics in turbulent shear layers and unstable flows. Most of the used models are based on statistical methods for the description of mean velocity profiles and effective momentum diffusion in turbulent flow. The present approaches are characterized by the approximation of turbulent scales and the numerical grid resolution.

      Language: German

    I Statistische Strömungsmechanik
    1 Grundlagen der Stochastik
    2 Statistische Beschreibung turbulenter Strömungen
    3 Mischungswegmodell

    II Wirbelviskositätsmodelle
    4 k-ε-Modell
    5 Weiterführende Turbulenzmodelle
    6 Homogene Turbulenz

    III Anisotrope Turbulenzmodellierung
    7 Large-Eddy-Simulation
    8 Reynolds-Spannungsmodellierung
    9 Anisotrope Turbulenz

    IV Mehrphasenströmungen
    10 Euler-Lagrange-Simulation
    11 Euler/Euler-Modellierung
    12 Polydisperse Mehrphasenmodellierung

    Lernziele/Kompetenzen

  • Statistische Strömungsmechanik
  • Wirbelviskositätsmodelle
  • Anisotrope Turbulenzmodellierung
  • Turbulente Mehrphasenströmungen

  • Inhalte
  • Mischungswegmodell
  • Homogene Turbulenz
  • k-ε-Modell / k-ω-Modell
  • Anisotrope Turbulenz
  • Reynolds-Spannungsmodellierung
  • Large-Eddy-Simulation
  • Partikeltransport in turbulenter Strömung
  • Euler/Euler-Beschreibung
  • Micro & Magneto Fluid Dynamics

    Prof. Dr.-Ing. R. Groll
    (VAK 04-326-LuR-023)

    Original title: Mikro- und Magnetofluiddynamik
    Lectures: 2+2SWS
    ECTS: 6CP
    Language: German
    Study course: Produnktionstechnik M.Sc.


    “Micro- and Magneto-Fluid Dynamics” describes a field of study, which deals with molecular motion, inter-molecular forces and the corresponding macroscopic material laws of fluid flow. The ionization process and interaction of charged particles leads to the definition of plasma balance equations. The resulting forces acting on moving charge carriers are described by Magneto-Hydrodynamics (MHD).

      Language: German

    I Molekulare Gasdynamik
    1 Molekülinteraktion idealer und realer Gase
    2 Maxwell-Geschwindigkeitsverteilung
    3 Molekülkollision und –diffusion

    II Mikrofluidik
    4 Geschwindigkeitsschlupf verdünnter Kanalströmungen
    5 Phasenraum und Boltzmann-Transportgleichungen
    6 Maxwell-Boltzmann-Funktion / Chapman-Enskog-Entwicklung

    III Magnetohydrodynamik
    7 Maxwell-Gleichungen
    8 MHD-Transportgleichungen
    9 Magnetisierung und Induktion

    IV Elektro- und Plasmadynamik
    10 Ionisationsgrad
    11 Diffusion und elektrische Leitfähigkeit
    12 Bilanzgleichungen im Plasma

    Lernziele/Kompetenzen

  • Molekulare Gasdynamik
  • Mikrofluidik
  • Magnetohydrodynamik
  • Elektro- und Plasmadynamik

  • Inhalte
  • Phasenraum- und Boltzmanntransport
  • Molekulare Geschwindigkeitsverteilung
  • Kompressibilität und Viskosität verdünnter Gase
  • Geschwindigkeitsschlupf in Mikrokanälen
  • Coulomb-Interaktion geladener Teilchen
  • Maxwell-Gleichungen
  • Ionisationsprozesse
  • Plasmamodellierung
  • Former Lectures


    Computational Fluid Dynamics

    Prof. Dr.-Ing. R. Groll
    (VAK 04-326-LuR-008)

    Original title: Numerische Strömungsmechanik
    Lectures: 2SWS
    ECTS: 3CP
    Language: German
    Study course: Produktionstechnik M.Sc.


    "Computational Fluid Dynamics" deals with the prediction of flows through numerical approaches and computational methods. The behavior of technical flows is therefore described through mathematical models. The mathematical problem is written as a system of coupled differential equations. The technical problem is ultimately solved through the correct interpretation of the mathematical solution.

      Language: German

    I Diskretisierung gewöhnlicher Differentialgleichungen
    1 Grundlagen der numerischen Strömungsmodellierung
    2 Finite Differenzen-Methode
    3 Praxisbeispiele für die FDM-Anwendung

    II FVM der Navier-Stokes-Gleichung
    4 Finite Volumen-Methode (FVM)
    5 Anwendung von FVM auf eine technische Strömung
    6 Instationäre Lösungsverfahren

    III Lösung diskretisierter Gleichungen
    7 Lösung linearer Gleichungssysteme
    8 Iterative Lösungsverfahren
    9 Druckkorrekturverfahren

    IV Simulation kompressibler Strömungen
    10 Druckkorrektur kompressibler Strömungen
    11 Monte-Carlo-Methoden
    12 „Central methods“

    Lernziele/Kompetenzen

  • Verständnis der numerischen Strömungssimulation
  • Dikretisierung physikalischer Transportgleichungen
  • Umgang mit numerischen Berechnungswerkzeugen

  • Inhalte
  • Numerische Modellierung technischer Strömungen
  • Diskretisierung fluiddynamischer Transportgleichungen
  • Iterative Lösungsverfahren
  • Mehrgitterverfahren
  • Simulation instationärer Strömungen
  • Druckkorrekturverfahren
  • Berechnung kompressibler Strömungen