Computational Fluid DynamicsEdit
Dabei handelt es sich um Turbulenzmodelle, bei denen die Reynoldsspannungen, wie sie sich aus einer Reynolds-Mittelung der Navier-Stokes-Gleichungen ergeben, durch eine lineare konstitutive Beziehung mit dem mittleren Strömungsbelastungsfeld modelliert werden, als:
– ρ ⟨ u i u j ⟩ = 2 μ t S i , j – 2 3 ρ κ δ i , j {\displaystyle -\rho \langle u_{i}u_{j}\rangle =2\mu _{t}S_{i,j}-{2 \über 3}\rho \kappa \delta _{i,j}}
wo
- μ t {\displaystyle \mu _{t}}
ist der als Turbulenz-„Viskosität“ bezeichnete Koeffizient (auch als Wirbel Viskosität)
- κ = 1 2 ( ⟨ u 1 u 1 ⟩ + ⟨ u 2 u 2 ⟩ + ⟨ u 3 u 3 ⟩ ) {\displaystyle \kappa ={\tfrac {1}{2}}(\langle u_{1}u_{1}\rangle +\langle u_{2}u_{2}\rangle +\langle u_{3}u_{3}\rangle )}
ist die mittlere turbulente kinetische Energie
- S i , j {\displaystyle S_{i,j}}
ist die mittlere Dehnungsrate
Beachten Sie, dass die Einbeziehung von 2 3 ρ κ δ i , j {\displaystyle {\tfrac {2}{3}}\rho \kappa \delta _{i,j}}
in der linearen konstitutiven Beziehung wird aus Gründen der Tensoralalgebra benötigt, wenn man für Zweigleichungs-Turbulenzmodelle (oder jedes andere Turbulenzmodell, das eine Transportgleichung für κ \kappa löst
.
HämodynamikEdit
Hämodynamik ist die Lehre vom Blutfluss im Kreislaufsystem. Der Blutfluss in geraden Abschnitten des Arterienbaums ist typischerweise laminar (hohe, gerichtete Wandspannung), aber Verzweigungen und Krümmungen im System verursachen turbulente Strömungen. Turbulenter Fluss im Arterienbaum kann eine Reihe von bedenklichen Effekten verursachen, einschließlich atherosklerotischer Läsionen, postoperativer neointimaler Hyperplasie, In-Stent-Restenose, Versagen von Venen-Bypass-Transplantaten, Transplantatvaskulopathie und Aortenklappenverkalkung.
Industrielle ProzesseBearbeiten
Die Auftriebs- und Widerstandseigenschaften von Golfbällen werden durch die Manipulation von Dimples entlang der Oberfläche des Balls angepasst, so dass der Golfball weiter und schneller in der Luft fliegt. Die Daten aus turbulenten Strömungsphänomenen wurden verwendet, um verschiedene Übergänge in Flüssigkeitsströmungsregimen zu modellieren, die verwendet werden, um Flüssigkeiten gründlich zu mischen und die Reaktionsraten in industriellen Prozessen zu erhöhen.
Flüssigkeitsströmungen und VerschmutzungskontrolleBearbeiten
Ozeanische und atmosphärische Strömungen transportieren Partikel, Schutt und Organismen über den ganzen Globus. Während der Transport von Organismen, wie z. B. Phytoplankton, für die Erhaltung von Ökosystemen unerlässlich ist, werden auch Öl und andere Schadstoffe in die Strömung gemischt und können die Verschmutzung weit von ihrem Ursprung wegtragen. Wirbelbildungen lassen Müll und andere Schadstoffe in konzentrierte Bereiche zirkulieren, die Forscher verfolgen, um die Säuberung und Vermeidung von Verschmutzung zu verbessern. Die Verteilung und Bewegung von Kunststoffen, die durch Wirbelbildungen in natürlichen Gewässern verursacht werden, können mit Lagrangeschen Transportmodellen vorhergesagt werden. Mesoskalige Ozeanwirbel spielen eine entscheidende Rolle bei der Übertragung von Wärme polwärts sowie bei der Aufrechterhaltung von Wärmegradienten in verschiedenen Tiefen.
UmweltströmungenBearbeiten
Die Modellierung der Wirbelbildung, wie sie sich auf Turbulenz- und Schicksalstransportphänomene bezieht, ist für das Verständnis von Umweltsystemen von entscheidender Bedeutung. Durch das Verständnis des Transports von sowohl partikulären als auch gelösten Feststoffen in Umweltströmungen sind Wissenschaftler und Ingenieure in der Lage, effiziente Sanierungsstrategien für Verschmutzungsereignisse zu formulieren. Wirbelbildungen spielen eine wichtige Rolle für den Verbleib und den Transport von gelösten Stoffen und Partikeln in Umweltströmungen, wie z.B. in Flüssen, Seen, Ozeanen und der Atmosphäre. Der Auftrieb in geschichteten Küstenmündungen gewährleistet die Bildung von dynamischen Wirbeln, die Nährstoffe aus der Grenzschicht heraus verteilen und Fahnen bilden. Flache Gewässer, wie z. B. an der Küste, spielen eine komplexe Rolle beim Transport von Nähr- und Schadstoffen aufgrund der Nähe der vom Wind angetriebenen oberen Grenzschicht und der unteren Grenzschicht in der Nähe des Bodens des Wasserkörpers.