Computational Fluid Dynamics - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Strömungsmechanik 1

Fluid Mechanics 1

Die Studierenden sind nach der Vorlesung mit den Grundlagen, Methoden und Algorithmen für die numerische Lösung der strömungsmechanischen Gleichungen für technische Anwendungen vertraut. Sie können auch Vorkenntnisse aus der Strömungsmechanik 1 und zu partiellen Differentialgleichungen reproduzieren. Anhand von ein- und zweidimensionalen Modellgleichungen können sie Diskretisierungsverfahren entwickeln und deren mathematische Eigenschaften untersuchen. Darauf aufbauend sind  die Studierenden in der Lage einfache Methoden zu formulieren und Algorithmen für zweidimensionale Strömungsprobleme zu vergleichen. Außerdem können sie Möglichkeiten zur Behandlung komplexer Geometrien und dreidimensionaler Strömungen skizzieren. Nach den Übungen können sie mit der kommerziellen Software Ansys/Fluent anhand von konkreten Strömungsgeometrien umgehen. Sie sind in der Lage, die Aufgabenstellung in ein Berechnungsmodell zu übertragen und das Verhalten der berechneten Strömung qualitativ anhand von Stromlinienbildern, Vektordarstellungen sowie ggf. Animationen zu analysieren. Die Studierenden sind mit moderner Technik vertraut, indem jeder Student gelernt hat, die per Beamerprojektion gezeigten Einstellungen, Bearbeitungsschritte und Ergebnisse zu beachten und am eigenen Rechner nachzuvollziehen. Die Studierenden sind abschließend darin geschult, die einfachen Algorithmen für Modellgleichungen und zweidimensionale Strömungsprobleme praktisch anhand von vobereiteten Quellcodes in einer höheren Programmiersprache zu erproben. Am Ende der Vorlesung haben die Studierenden eine Übersicht über Standardmethoden und Algorithmen zur Diskretisierung und Lösung der strömungsmechanischen Gleichungen und kennen deren Eigenschaften und Beschränkungen. Weiterhin sind sie in der Lage, die Grundfunktionen der Software Ansys/Fluent zu nutzen.

After completion of the course, the students are familiar with the foundations, methods and algorithms for the numerical solution of the equations of fluid mechanics for technological applications. They can also recall their prior knowledge about basic fluid mechanics and partial differential equations.  They can develop discretization schemes for one- and two-dimensional model equations and analyze their mathematical properties. With this knowlegde, the students are able to formulate and compare simple methods and algorithms for two-dimensional fluid flows. Moreover, they have a basic understanding of the treatment of complex geometries and three-dimensional flows. The exercises enable the students to work with the commercial software package Ansys/Fluent on specific, mostly two-dimensional flow geometries. They are capable of transferring the problem into a computational model and can analyze the behavior of the computed flow qualitatively using streamline and vector plots as well as animations. The students become familiar with modern technologies since they attend live demonstrations of using the software that they can follow simultaneously at their own desktop computer in the computer laboratory. Finally, the students are also trained in experimenting with the simple codes for model equations and two-dimensional fluid flows that are provided in a higher programming language and can be run on their own computers. At the end of the course, the students have obtained an overview of the standard methods and algorithms for discretizing and solving the equations of fluid mechanics. They also know their properties and limitations. Finally, they can use the basic functionality of the Ansys/Fluent software package.

Grundgleichungen, Eigenschaften und Klassifikation partieller Differentialgleichungen der Kontinuumsmechanik, Aufstellung und Analyse von Finiten Differenzenverfahren für einfache partielle Differentialgleichungen, Iterative Lösung linearer Gleichungssysteme, Finite Differenzenverfahren für zweidimensionale inkompressible Strömungen, Finite Volumenverfahren

Basic equations of fluid flow, properties and classification of the partial differential equations of continuum mechanics, formulation and analysis of finite difference methods for simple partial differential equations, iterative solution of linear systems of equations, finite difference methods for two-dimensional incompressible flows, finite-volume methods

Tafel, Powerpoint

Blackboard, Powerpoint

J. Ferziger and M. Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer
O. Zikanov, Essential Computational Fluid Dynamics, Wiley