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Milovan Peric

Wenn Sie dies lesen, sind Sie wahrscheinlich daran interessiert, sich in der Simcenter STAR-CCM+ Software oder einem anderen CFD-Tool mit der angewandten numerischen Fluiddynamik (englisch Computational Fluid Dynamics, Abk. CFD) zu beschäftigen. Dieser Kurs kann ein erster Schritt zur Verbesserung Ihrer Arbeitsleistung und zur Förderung Ihrer Karriere oder Ihres Bildungsweges sein.

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Wenn Sie dies lesen, sind Sie wahrscheinlich daran interessiert, sich in der Simcenter STAR-CCM+ Software oder einem anderen CFD-Tool mit der angewandten numerischen Fluiddynamik (englisch Computational Fluid Dynamics, Abk. CFD) zu beschäftigen. Dieser Kurs kann ein erster Schritt zur Verbesserung Ihrer Arbeitsleistung und zur Förderung Ihrer Karriere oder Ihres Bildungsweges sein.

Wir haben diesen Kurs entwickelt, um Ihnen zu helfen, das Wissen der Strömungsphysik und numerischen Fluiddynamik zu nutzen, um Strömungs- und Wärmeübertragungsprobleme höchst effizient und professionell zu lösen. In diesem Kurs geht es nicht um Anweisungen zur Verwendung einer bestimmten Software. Für alle in diesem Kurs vorgestellten Simulationen wurde ausschließlich Simcenter STAR-CCM+ verwendet. Dennoch wären die Lernergebnisse dieselben, wenn eine andere öffentliche oder kommerzielle Software verwendet würde, solange sie dieselben Funktionen hat.

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What's inside

Syllabus

Einführung in die angewandte numerische Fluiddynamik
In Woche 1 untersuchen wir die Strömung in einem Kanal mit einem halbkreisförmigen Hindernis an der Bodenwand. Dabei werden die grundlegenden Strömungsmodelle (Euler-, Navier-Stokes- und Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Gleichungen), die grundlegenden Merkmale der meisten Strömungen in technischen Anwendungen (Grenzschicht, Scherschicht, Strömungsablösung, Rezirkulationszone) und die Ansätze zur Simulation von Strömungen einschließlich dieser Phänomene vorgestellt. Schließlich werden Möglichkeiten zur Steigerung der Simulationseffizienz und zur Schätzung von Diskretisierungsfehlern vorgestellt.
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Strömungen in Diffusoren und Düsen
In Woche 2 werden wir uns mit Strömungen in Diffusoren beschäftigen, und Düsen werden untersucht. Dabei handelt es sich um generische Darstellungen divergierender oder konvergierender Querschnitte von Fließwegen, die in vielen technischen Anwendungen zu finden sind. Sowohl bei Diffusoren als auch bei Düsen treten Strömungsablösung und Rezirkulation auf, wenn der divergente/konvergente Winkel ausreichend groß ist. Bei symmetrischen Diffusorgeometrien ist die Strömung oft asymmetrisch, und in Düsen kann es zu Vena Contracta kommen. Diese Phänomene und die Bewertung der Effizienz der Energieumwandlung sowie die Ermittlung der Energieverluste werden erklärt. Die Auswirkungen geometrischer Details (Variation des Expansions-/Kontraktionswinkels, Abrundung der Ecken durch unterschiedliche Radien) und die Absaugung durch Diffusorwände werden ebenfalls analysiert. Es werden detaillierte Studien zur Gitterabhängigkeit von Lösungen durchgeführt und der Effekt des Diskretisierungsgrads auf Konvektionsflüsse wird analysiert.
Sekundär- und Wirbelströmungen
In Woche 3 untersuchen wir druck- oder turbulenzinduzierte Strömungen in anderen Richtungen als dem primären Fließweg. Zunächst werden dreidimensionale druckgetriebene Sekundärströmungen in Kanal- oder Rohrbögen detailliert analysiert, gefolgt von der Analyse turbulenzgetriebener Sekundärströmungen in Kanälen mit unrunden Querschnitten. Die Physik hinter diesen Phänomenen wird beschrieben und die Simulationsmöglichkeiten werden erläutert. Als nächstes werden die Strömungen von Hufeisenwirbeln und Spitzenwirbeln analysiert. Auch sie sind generische Darstellungen von Strömungen, die man in zahlreichen praktischen Anwendungen mit Körperübergängen und freien Spitzen findet. Die Strömungsphysik, rechnerische Details (Entwurf eines optimalen Gitters und dessen lokale Verfeinerung, die Wahl der physikalischen Modelle und der Simulationsansatz) werden erklärt.
Strömungen um einen Kreiszylinder
In Woche 4 befassen wir uns mit Strömungen um einen Kreiszylinder, wobei Reynolds-Zahlen zwischen 5 und 5 Millionen untersucht werden. Ein Kreiszylinder ist eine generische Darstellung eines schlanken Körpers, der einer Querströmung ausgesetzt ist. Solche Situationen finden sich in vielen praktischen Anwendungen. Abhängig von der Reynolds-Zahl kann die Strömung schleichend, stationär oder instationär laminar, oder turbulent sein. Die Strömungsablösung und Rezirkulation kann viele verschiedene Formen annehmen und zur Wirbelablösung (Karmansche Wirbelstraße) und zum Übergang zu Turbulenzen im Nachlauf, in Scherschichten oder in Grenzschichten auf der Zylinderoberfläche führen. Die Strömungsablösung und Rezirkulation kann viele verschiedene Formen annehmen und zur Wirbelablösung (Karmansche Wirbelstraße) und zum Übergang zu Turbulenzen im Nachlauf, in Scherschichten oder in Grenzschichten auf der Zylinderoberfläche führen. Verschiedene Verfahren zur Simulation turbulenter Strömungen — direkte numerische Simulation, Large-Eddy-Simulation oder Lösung der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen unter Verwendung verschiedener Turbulenzmodelle — werden vorgestellt und es wird erklärt, welches Verfahren für welche Art von Strömung geeignet ist.
Strömungen mit Wärmeübertragung
In Woche 5 werden wir die Wärmeübertragung untersuchen, einschließlich der Wärmeleitung in Festkörpern, der natürlichen und erzwungenen Konvektion in Fluiden und der konjugierten Wärmeübertragung. Ich werde erklären, wie die Wärme zwischen Kontinua an der Feststoff-Fluid-Grenzfläche übertragen wird, was bei laminaren und turbulenten Strömungen anders ist, welche Eigenschaften eines Rechengitters an der Grenzfläche zwischen Fluid und Feststoff wünschenswert sind und warum Prismenschichten an Wänden wichtig sind. Der Unterschied zwischen stabiler und instabiler Schichtung natürlicher Konvektionsströmungen und die Bedeutung der Berücksichtigung der korrekten Temperaturabhängigkeit der Fluideigenschaften werden hervorgehoben. Schließlich wird erklärt, wie die gleichzeitige Wärmeübertragung über mehrere durch Festkörper getrennte Strömungsflüsse optimal simuliert werden kann.

Good to know

Know what's good
, what to watch for
, and possible dealbreakers
Der Kurs lehrt die numerische Strömungsdynamik (CFD), welche unverzichtbar für das Verständnis von Strömungs- und Wärmeübertragungsproblemen ist
Die Professoren des Kurses sind renommiert für ihre Arbeit im Bereich der CFD und haben weitreichende Erfahrung in Lehre und Praxis
Der Kurs deckt eine Vielzahl von Themen ab, von den Grundlagen der CFD bis hin zu komplexen Strömungsphänomenen wie Wirbelablösung und Turbulenz
Der Kurs verwendet Simcenter STAR-CCM+ als Simulationssoftware, eine weit verbreitete und von Branchenexperten genutzte Software
Der Kurs ist in fünf Wochen unterteilt, mit Fokus auf verschiedene Aspekte der CFD, sodass die Studierenden ihr Wissen systematisch aufbauen können
Der Kurs erfordert keine Vorkenntnisse in der CFD, ist aber für Studierende mit Kenntnissen in Strömungsmechanik und Wärmeübertragung geeignet

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Activities

Be better prepared before your course. Deepen your understanding during and after it. Supplement your coursework and achieve mastery of the topics covered in Angewandte numerische Fluiddynamik with these activities:
Organisieren und überarbeiten Sie Ihre Kursmaterialien
Die Organisation Ihrer Materialien hilft Ihnen, den Überblick zu behalten und die wichtigsten Konzepte hervorzuheben.
Show steps
  • Sammeln Sie alle Ihre Notizen, Folien, Arbeitsblätter und Aufgaben.
  • Ordnen Sie die Materialien nach Themen oder Modulen.
  • Überarbeiten Sie Ihre Notizen und heben Sie wichtige Konzepte und Formeln hervor.
Verwenden Sie Simcenter STAR-CCM+ Tutorials
Das Durcharbeiten von Tutorials bietet praktische Erfahrungen mit der in diesem Kurs verwendeten CFD-Software.
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  • Greifen Sie auf die Simcenter STAR-CCM+ Tutorials auf der Siemens-Website zu.
  • Wählen Sie ein Tutorial aus, das den in diesem Kurs behandelten Konzepten entspricht.
  • Folgen Sie den Schritten im Tutorial und führen Sie die CFD-Simulationen durch.
  • Analysieren Sie die Ergebnisse und vergleichen Sie sie mit den im Tutorial bereitgestellten Erwartungen.
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Career center

Learners who complete Angewandte numerische Fluiddynamik will develop knowledge and skills that may be useful to these careers:
Computational Fluid Dynamics Engineer
A Computational Fluid Dynamics Engineer uses software and numerical methods to study and simulate the behavior of fluids, such as liquids and gases. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental equations of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Chemical Engineer
Chemical Engineers design, build, and operate chemical plants and other facilities that produce chemicals. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Aerospace Engineer
Aerospace Engineers design, build, and test aircraft, spacecraft, and other vehicles that fly. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Mechanical Engineer
Mechanical Engineers design, build, and test mechanical systems. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Civil Engineer
Civil Engineers design, build, and maintain infrastructure, such as roads, bridges, and buildings. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Environmental Engineer
Environmental Engineers design, build, and operate systems to protect the environment. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Petroleum Engineer
Petroleum Engineers design, build, and operate systems to extract oil and gas from the earth. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Manufacturing Engineer
Manufacturing Engineers design, build, and operate systems that produce products. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Industrial Engineer
Industrial Engineers design, build, and operate systems that improve productivity and efficiency. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Materials Engineer
Materials Engineers design, build, and test materials that are used in a variety of applications. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Nuclear Engineer
Nuclear Engineers design, build, and operate nuclear power plants. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Robotics Engineer
Robotics Engineers design, build, and operate robots. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Systems Engineer
Systems Engineers design, build, and test systems that consist of multiple components. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Software Engineer
Software Engineers design, build, and test software. This course helps build the foundation necessary to enter this field. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations. This course can also help students develop the skills needed to design and conduct experiments to validate computational models.
Mathematician
Mathematicians study the properties of numbers, shapes, and other abstract concepts. This course may be useful for mathematicians who are interested in fluid dynamics. The course introduces learners to the fundamental principles of fluid dynamics and teaches them how to use software to solve these equations.

Reading list

We've selected 11 books that we think will supplement your learning. Use these to develop background knowledge, enrich your coursework, and gain a deeper understanding of the topics covered in Angewandte numerische Fluiddynamik.
Provides a comprehensive overview of computational fluid dynamics, covering the numerical methods used to solve the governing equations of fluid flow. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate fluid flow and heat transfer.
Provides a comprehensive introduction to the finite volume method, which widely used numerical method for solving the governing equations of fluid flow. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate fluid flow and heat transfer.
Provides a comprehensive introduction to turbulent flows, covering the fundamental principles and equations that govern the behavior of turbulent flows. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate turbulent flows.
Provides a comprehensive introduction to advanced fluid mechanics, covering the fundamental principles and equations that govern the behavior of fluids. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate fluid flow and heat transfer.
Provides a comprehensive introduction to applied computational fluid dynamics, covering the fundamental principles and equations that govern the behavior of fluids. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate fluid flow and heat transfer.
Provides a comprehensive introduction to incompressible flow, covering the fundamental principles and equations that govern the behavior of incompressible fluids. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate incompressible fluid flow.
Provides a comprehensive introduction to fluid dynamics, covering the fundamental principles and equations that govern the behavior of fluids. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate fluid flow and heat transfer.
Provides a comprehensive introduction to fluid mechanics, covering the fundamental principles and equations that govern the behavior of fluids. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate fluid flow and heat transfer.
Provides a comprehensive introduction to numerical heat transfer and fluid flow, covering the fundamental principles and equations that govern the transfer of heat and mass. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate heat transfer and fluid flow.
Provides a comprehensive introduction to heat transfer, covering the fundamental principles and equations that govern the transfer of heat. It valuable reference for understanding the techniques used to simulate heat transfer.
Is written for both undergraduate and graduate students in physics, engineering, and applied mathematics. It presents a comprehensive introduction to fluid mechanics, including the fundamental principles and equations that govern the behavior of fluids from a physicist's perspective.

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