A comprehensive study of detached-eddy simulation

Die Detached-Eddy-Simulation (DES) ist ein typischer Vertreter einer neuen Familie von Methoden, welche in Hinblick auf die Vorhersagegenauigkeit und den numerischen Aufwand eine Brücke zwischen Lösungsverfahren auf Basis Reynolds-gemittelter Navier–Stokes-Gleichungen (RANS) und Grobstruktursimulationen (LES) für die Berechung turbulenter Strömungen bilden. Die DES ist daher so ausgelegt, dass sich ihr Ressourcenbedarf durch die typischerweise in naher Zukunft weitverbreitet zur Verfügung stehenen Rechenkapazitäten decken lässt. Besonders geeignet ist ihre Anwendung dabei in Szenarien, in denen RANS-Modelle bekannterweise unzuverlässig sind, wie z.B. stark abgelösten Strömungen, oder wo die Auflösung instationärer turbulenter Strukturen erforderlich ist, etwa bei aeroakustischen Anwendungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden umfassende Studien zur DES durchgeführt. So wird im Überblick zum aktuellen Stand der Forschung zunächst die Methode in ihren verschiedenen Versionen detailliert vorgestellt und eine Zusammenfassung der relevanten strömungsphysikalischen Phänomenen gegeben. Die anschließende Diskussion der Ergebnisse erstreckt sich über eine breite Auswahl von Testfällen, von vereinfachten bis hin zu komplexen Konfigurationen, umso unsterschiedlichste Turbulenzphänomenen zu erfassen. Dabei umfassen die Untersuchungen verschiedene Themenbereiche, wie elementare implementierungstechnische Fragen, die Verifikation und Kalibrierung von Modellkomponenten, die grundlegendeWechselwirkung zwischen Modell und numerischem Schema, detaillierte Vergleiche von DES Ergebnissen mit Windkanaldaten, die Modellabhängigkeit der DES in verschiedenen Situationen, der Einfluss des Zeitschrittes auf die DES, dieWichtigkeit von langen Simulationszeiten, um verläßliche statistische Größen zu gewinnen, die Perspektiven einer dynamische Bestimmung des Modellparameters, die Bewertung einer kürzlich entwickelten Erweiterung der DES–Formulierung als Wandmodellierung für eine LES, und eine vorgeschlagene Erweiterung, um die strikten Anforderungen an die wandnormale Gitterauflösung zu lockern. Am Abschluss wird eine kompakte Zusammenfassung der prinzipiellen Erkentnisse gegeben, wobei Verweise auf die relevanten Abschnitte ein Nachschlagen erleichtern sollen.