
26 Kapitel II Numerische Simulation turbulenter Str
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omungen
Da ein beschr
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anktes Gebiet Ω in anwendungsbezogenen Simulationen jedoch die Re-
gel ist, sollten Vertauschungsfehler nicht, wie in der Praxis
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ublich, vernachl
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assigt wer-
den. Untersuchungen zeigen, dass in randnahen Bereichen Vertauschungsfehler nicht
ignoriert werden k
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onnen [BJ06, BCJ07], da es unter anderem zu einer Verletzung der
Kontinuit
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atsgleichung, ∇ ·
u 6= 0, kommen kann.
Aus diesen
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Uberlegungen, zusammen mit der
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aquivalenten Darstellung des nichtli-
nearen Terms,
(u · ∇) u = ∇ ·
u u
T
,
ergeben sich die gefilterten Navier–Stokes–Gleichungen
∂u
∂t
− 2Re
−1
τ
∇ · D(u) + ∇ ·
uu
T
+ ∇p = f in (0, T ] × Ω,
∇ · u = 0 in [0, T ] × Ω.
(II.21)
Diese Entwicklungsgleichungen f
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ur u beinhalten zus
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atzlich zu dem erw
¨
ahnten Ver-
tauschungsfehler noch zwei weitere Probleme. Zum einen ist nicht gekl
¨
art, wie man
geeignete Randbedingungen f
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ur (u, p) w
¨
ahlt und zum anderen beinhalten die Gleichun-
gen ein Abschließungsproblem.
Dieses Abschließungsproblem resultiert aus der Tatsache, dass der nichtlineare Kon-
vektionsterm nicht ohne weiteres durch Terme von u dargestellt werden kann, da gilt:
uu
T
6=
u u
T
.
Die Differenz der beiden Terme ist der Residuums–Spannungstensor [Pop00] oder auch
SG–Tensor [Sag02]
τ
R
=
uu
T
−
u u
T
,
welcher die Scher- und Schubspannungen enth
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alt, die nicht aufgel
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ost werden und Ana-
logien zu den Reynolds–Spannungen aufweist. Mit der Definition des SG–Tensors k
¨
on-
nen noch die kinetische Residuumsenergie
k
r
=
1
2
diag
τ
R
und der anisotrope Residuums–Spannungstensor oder SGS–Spannungstensor definiert
werden
R
r
= τ
R
−
2
3
k
r
,
wobei dann der isotrope Anteil des Residuums–Spannungstensors in den gefilterten
Druckterm integriert wird
p = p +
2
3
k
r
.
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