Finite Elemente Methode an zwei Stromungsbeispielen

Vogel, H-H.
Institut für Fahrzeugbau Wolfsburg, Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel

Die Finite Elemente Methode des Programmes FEMLAB wurde an zwei bekannten Beispielen der Stromungsmechanik und Warmeubertragung gepruft, um die Anwendungsmoglichkeiten in der Heizungs- und Klimatechnik aufzuzeigen.

Modellfluid war jeweils trockene Luft im Umge-bungszustand. Der experimentelle Widerstandsbeiwert einer Kugel, der eine Funktion von der Reynolds-Zahl Re ist, wird bei vorgegebener laminarer Umstromung (Re 130) mit der relativen Abweichung von -1,6 % wiedergegeben. Bei turbulenter Umstromung (k-ε-Modell) mit der Reynolds-Zahl Re 13000 ist die relative Abweichung -12,9 %. Im uberkritischen Bereich (Re > 3x105) versagt das Modell. Der mittlere Warmeubergangskoeffizient αm durch Freie Konvektion, der uber die mittlere Nusselt-Zahl Num von der Grashof-Zahl Gr und der Prandtl-Zahl Pr abhangt, fur einen horizontalen Zylinder hat im Modellbeispiel (Pr = 0,712 und Gr = 660) die relative Abweichung -4,6 % vom Messwert. Man darf vermuten, dass Heiz- und Kuhlkorper sowie Stromungen in beheizten und gekuhlten Raumen gut modelliert werden konnen.

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