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Es geht hier um Berechnungswerkzeuge für die Strömungsmechanik und die Thermo-Fluiddynamik. In der Praxis wird für die Strömungsberechnung meist der Bergriff CFD verwendet, dies ist die Kurzform des englischen Begriffs für die numerische Strömungssimulation: Computational Fluid Dynamics. Fluid ist der Oberbegriff für Flüssigkeiten und Gase; die Fluiddynamik ist die Lehre von den Bewegungen der Fluide unter den Einflüssen von Kräften. Die Fluiddynamik wird meist als Strömungsmechanik oder als Strömungslehre bezeichnet. In vielen Strömungen spielt auch der Wärmetransport eine wichtige Rolle, so dass thermodynamische Aspekte in eine Strömungsberechnung einbezogen werden müssen. Daher liefert die Thermo-Fluiddynamik, also das Zusammenwirken von Thermodynamik und Fluiddynamik, die physikalischen Grundlagen für CFD. Viele Anwendungsgebiete werden von CFD erschlossen, die wichtigsten sind im folgenden kurz zusammengefasst: [GaEK-01]

  • Kraftfahrzeugtechnik: Außenaerodynamik (siehe Bildung), Klimatisierung des Fahrgastraums, Strömung und Verbrennung im Motor (Zylinderinnenströmung), Ansaugsystem, Abgasanlage, Motorkühlung (Durchströmung den Motorraums)
  • Luft- und Raumfahrttechnik: Außenaerodynamik (insbesondere Widerstandsreduktion), Luftfahrtantriebe, Raketenantriebe, Wiedereintritt von Raumflugkörpern
  • Schiffbau: Schiffskörper und Schiffsschrauben (Wirkungsgrad und Kavitation1)
  • Energietechnik: Kraftwerkskomponenten wie Dampfererzeuger, Feuerungen, Kondensatoren, Dampfturbinen, Gasturbinen, Wasserturbinen, Pumpen, Kühltürme, Kernreaktoren
  • Bauingenieurwesen: Gebäudeumströmung (Identifikation von durch Luftströmung angeregten Schwingungen), Heiz- und Klimatechnik (Strömungen in Räumen)
Bild: Beispiel einer Strömungssimulation (Außenaerodynamik) [Abra-03]

Ziel einer CFD-Analyse ist es, der thermo- und fluiddynamischen Vorgänge in einem abgegrenzten durch- beziehungsweise umströmten Gebiet (Kontrollraum) zu verstehen, um sie zielgerecht beeinflussen zu können. Dazu liefert eine CFD-Analyse qualitative Aussagen (Welche Strömungsmechanischen Effekte treten auf? Wo treten sie auf? Welche Folgen haben Sie?) als auch quantitative Aussagen, das heißt Zahlenwerte für die themo-fluiddynamischen Zustandsgrößen. [GaEK-01]

1 Unter Kavitation versteht man die Hohlraumbildung (Luftblasen) in sehr rasch strömenden Flüssigkeiten [Wahr-97].

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