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1. Turbulent flows 2. Direct Numerical Simulations (DNS) 3. Reynolds Averaged Navier-Stokes equations (RANS) 4. Large Eddy Simulation (LES) 5. High-Order Methods 6. Particulate and Multiphase Flows 7. Fluid-structure Interaction 8. Compressible Flows
The students - Know how to solve CFD problems in curvilinear grids - Understand the main properties of turbulent flows - Understand the strengths and weaknesses of widely used simulation models of turbulence - Select the appropriate model and boundary equations for a given application - Be able to perform turbulence and complex flows simulations with OpenFOAM - Work in team and write a report describing the results and significance of a simulation of turbulent flow

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Die Vorlesung stellt eine Einführung in die Strömungsmechanik dar. Es werden Grundbegriffe behandelt und die wichtigsten Grundgesetze abgeleitet und angewendet.

In der Vorlesung werden kontinuumsmechanische Grundlagen, Strömungskinematik, Bilanzgleichungen, Hydrostatik, Grundlagen der Ähnlichkeitstheorie, Bernoulli-Gleichung etc. behandelt.

Strömungen werden auf ihr Deformationsverhalten hin analysiert. Die Grundgleichungen wie Kontinuitäts- und Navier-Stokes-Gleichung werden hergeleitet und deren Lösungen für grundlegende Strömungsformen werden vorgestellt.

Die Berechnungen von Kräften in Folge von Strömungsvorgängen werden anhand der integralen Impulsgleichung angegeben und der Einsatz der Endgleichung erläutert.

Aufbauend auf den Grundgesetzen wird die Hydrostatik als Sonderfall der Strömungsmechanik behandelt. Anhand zahlreicher Beispiele wird die Anwendung der hydrostatischen Grundgesetze verdeutlicht.

Zudem werden mit Hilfe von Größenordnungsbetrachtungen Grenzfälle der Navier-Stokes-Gleichung behandelt. Die Bernoulli-Gleichung wird abgeleitet und in zahlreichen Beispielen angewendet.

Übungen ergänzen die Vorlesung. Studenten werden angeleitet, das erhaltene Wissen zur Lösung strömungsmechanischer Probleme anzuwenden.

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- Grundsätze der technischen Lärmbekämpfung
- Größen, Grundbegriffe, Phänomene der technischen Akustik
- Grundlagen des Luftschalls
- Grundlagen des Körperschalls
- Geräuschentstehung in Maschinen und Anlagen
- Mechanische Geräuschquellen
- Strömungsakustik
- Strömungsakustische Multipole
- Strahl- und Rotorlärm
- Fluid-Struktur-Akustik Interaktion
- Numerische Berechnungsverfahren
- Grundprinzipien der Gestaltung lärmarmer Produkte und Anlagen

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Vorlesung 2 SWS

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Im Rahmen der Vorlesung werden praktisch einsetzbare Methoden zur Berechnung allgemeiner turbulenter Strömungen vorgestellt.

Ausgangspunkt sind die Navier-Stokes-Gleichungen, die formal hergeleitet und anschließend zeitgemittelt werden.

Die durch die Mittelung auftretenden Zusatzterme werden physikalisch interpretiert und gebräuchliche mathematische Modelle (Turbulenzmodelle) zur Beschreibung dieser Terme eingeführt.

Die Anwendung der vorgestellten Turbulenzmodelle auf für die Praxis relevante turbulente Strömungen, wie z.B. Grenzschichten, Freistrahlen etc. wird im Detail diskutiert.

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For CEP: 4 SWS

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Die Studierenden erwerben einen Überblick über die Messtechniken der Strömungsmechanik und lernen deren Grundlagen, ihre Möglichkeiten und Beschränkungen verstehen.

Sie sollen in die Lage versetzt werden für eine spezifische Messaufgabe eine geeignete Messtechnik auszuwählen.

Inhalt: Einführung in die Messtechnik, Strömungsvisualisierung, Druckmessung, pneumatische Messtechnik, Volumenstrommessung,
Kraftmessung, Dehnmessstreifen,

Thermische Geschwindigkeitsmessung, Hitzdrahtanemometrie, LDA/PDA (Laser-Doppler-Anemometrie / Phasen-Doppler-Anemometrie),

PIV (Particle-Image-Velocimetry), Datenerfassung, Signalverarbeitung, Messwertstatistik, Zeitreihenanalyse).

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Bewertet wird zu einem speziellen Thema ein Vortrag und eine schriftliche Ausarbeitung

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Das Praktikum soll die in der Vorlesung Strömungsmechanik I (Kernfach) gewonnenen theoretischen Kenntnisse vertiefen

und den Studenten Erfahrungen mit Strömungen und den Umgang mit ausgewählten Meßtechniken näherbringen.

Die folgenden Praktikumsversuche werden durchgeführt.

*Rohrwiderstand:*
Der Einfluss der Geometrie, Reynoldszahl und Oberflächenrauheit auf das Widerstandsverhalten von durchströmten Rohren und Rohrleitungselementen

(Krümmern, Ventilen, etc.) wird anhand einer Wasserströmung messtechnisch erfaßt. Für das Experiment wird ein Aufbau mit einem geschlossenen Kreislauf eingesetzt.

Verschiedene Methoden zur Messung von Volumenströmen durch Rohre, wie magneto-induktive und Blenden-Messtechniken, werden eingesetzt und verglichen.

*LDA-basierte Durchflussmesstechnik:*
Anhand einer modernen Messtechnik auf Laser-Doppler-Basis wird der Durchfluß von Wasser durch ein Rohrleitungssystem gemessen.

Die Grundlagen der Laser-Doppler-Anemometrie werden erläutert, und Messungen werden durchgeführt und mit Ergebnissen aus Versuchen verglichen.

Als Grundvoraussetzung für die Anwendung dieser LDA-Messtechnik ist die Laminarität der Strömung wichtig.

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1. Übung in der zweiten Vorlesungswoche

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Geschäftsstelle des Elitestudiengangs Advanced Materials and Processes (MAP)

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- Motivation, history organization of the lecture
- Introduction, continuum, pressure, surface tension
- Scalars, vectors and tensors
- Fluid statics and buoyancy
- Governing equations: Integral analysis of fluid flow
- Governing equations: Differential analysis of fluid flow
- Spcial forms of governing equations
- Similitude, dimensional analysis, and modeling
- Solutions of basic internal and external flows
- Applied examples of the course material

The Students
- will learn the mathematical fundamentals of integral and differential modeling fluid flows
- can classify different types of fluid flow phenomena and derive the necessary non-dimensional parameters
- can simplify and utilize mathematical models for the solution of different types of flows
- have the chance to see the direct application of the content in the research and development work conducted at LSTM-Erlangen

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The course is taught on campus.

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Turbulence decomposition
(mean flow, turbulent stresses, higher-order moments);

second order moments (anisotropy tensor, invariants);

anisotropy invariant mapping of turbulence in wall-bounded flows;

turbulent viscosity, Prandtl-Kolmogorov formula;

dynamics of turbulence dissipation rate;

twopoint correlation technique (locally homogeneous turbulence);

dissipation rate equation (closure model);

velocity-pressure gradient correlations
(Poisson equation, Chou’s integral, slow and fast parts of correlations);

turbulence transport (closure approximation);

predictions (homogeneous shear flows, wall-bounded flows, transitional flows)

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- Strömungsmechanische Grundlagen (Grundgleichungen, Turbulenz, Wirbelstärke, Kompressible
Strömungen)
- Akustik (Wellengleichung, Greensche Funktion, Monopol, Dipol und
Quadrupole)
- Akustische Analogie (Lighthill-Analogie, Curle-Theorie, Vortex-Schall, APEGleichungen)
- Aeroakustische Messverfahren und Messeinrichtungen
- Hybride numerische CAA-Verfahren
- Anwendungen: Tonaler Schall: Zylinder
- Breitbandlärm: Stufe Freistrahllärm, Tragflügellärm, Turbomaschinen
Windenergieanlagen, Akustik der menschlichen Stimme
- Beurteilung der Schallwahrnehmung

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Bewertet wird zu einem speziellen Thema ein Vortrag und eine schriftliche Ausarbeitung

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The theory given in the lectures and applied in the exercise class is implemented into computer programs in this practical class.

The following problems are solved with matlab/octave programs:

- the Blasius-similarity equations
- heat-transfer problems
- boundary layer equations
- flow of fluid in a lid-driven cavity

The students who successfully complete this practical class should:

- be able to write matlab/octave problems solving transport problems
- understand the convergence and accuracy of a method in practical situations
- write a program to solve the two-dimensional Navier-Stokes equations
- work in team and write reports describing the results and significance of a simulation

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