Lehrveranstaltungen

Lehrveranstaltungen vom 7. Okt. 2019 bis 31. Jan. 2020

Höhere Strömungsmechanik

VL: Mi., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.324, Prof. Egbers
UE: Mi., 7:30 - 09:00 Uhr, LG3A.325, Dr. Zaussinger

Vertiefung der Strömungsmechanik (Dynamik, Wirbelbildung, Instabilität, Turbulenz). Die Studenten vertiefen in der Vorlesung ihre Kenntsnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik. Die Studenten erlernen Zusammenhänge von Dynamik und Wirbelbildung sowie Stabilität, Strukturbildung und Turbulenz in der Strömungsmechanik. Die Studierenden wenden dabei die aus der Mathematik bekannten Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden. (Lösung der Navier-Stokes-Gleichung).

Einführung, Theoretische Grundlagen; Methoden der Stabilitätsanalyse; Methoden der Zeitreihenanalyse und Chaosdynamik; Modell-Experimente; Experimentelle Methoden; Praktische Beispiele (Rayleigh-Bénard-Konvektion, Taylor-Couette-Strömungen), Turbulente Strömungen.

Aerothermodynamik

VL: Di., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.325, Prof. Egbers
UE: Do., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.353, Haun

Einführung in die Aerothermodynamik; Kompressible Strömungen (Gasdynamik), Grenzschichtströmungen, Übersicht über die Tragflügeltheorie; Singularitätenverfahren für Überschallströmungen; Energiesatz für materielles Volumen, Energiesatz für Stromfaden, Gibbsche Gleichung und Entropieungleichung, Ideale Gase, Thermische und kalorische Zustandsgleichung, Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung, Bernoullische Gleichung für ideales Gas, Isentrope stationäre Stromfadentheorie, Flächen-/Geschwindigkeitsbeziehung, Durchflussfunktion, Senkrechter Verdichtungsstoß, Schiefer Verdichtungsstoß, Lavaldüse.

Strömungsmesstechnik

Vertiefung experimenteller Methoden der Strömungsmechanik

VL: Di., 13:45 - 15:15 Uhr, LG3A.324 Prof. Egbers
UE: Di., 15:30 - 17:00 Uhr, LH3D, Dr. Motuz

Inhalte:

Verfahren zur Sichtbarmachung von Strömungen; Übericht zu optischen Messverfahren; Laser-Doppler-Anemometrie;Particle-Image-Velocimetry; Particle-Tracking-Velocimetry; Flüssigkristall-Meßtechnik; Farbinjektion; Hitzdraht- und Heißfilm-Technik; Verfahren zur Messung von Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Feuchte); DurchflussmessungWindkanalmesstechnik (Sechskomponentenwaage, Sondenmesstechnik, Drucksensitive Farben, Fadenverfahren, Oberflächenfäden).

Numerische Strömungsmechanik

VL: Mo., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.05, Dr. Zaussinger
UE: Mo., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.05, Dr. Zaussinger

Numerische Simulation von strömungsmechanischen Vorgängen in Natur und Technik (Dynamik und Wirbelbildung in inkompressible und kompressible Strömungen, Turbulenzmodellierung, Mehrphasige Strömungen).

In der Vorlesung wird den Studenten die Umstellung von strömungsmechanischen problemcharakteristischen Gleichungen und Parametern in CFD-Programme vorgestellt und der Umgang mit dem Open Source CFD-Code “OpenFOAM“ beigebracht. Die Studenten erlernen die numerische Simulation von strömungsdynamischen Vorgängen und vertiefen dabei ihre Kenntnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik.

Die Studierenden wenden dabei die aus der Strömungsmechanik und Numerischen Mathematik bekannten Kenntnisse und Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden praktische Inhalte zur Simulation komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu simulieren und auszuwerten.

Einführung, was ist ein CFD-Code; Aufbau und Struktur des Open Source Programmes “OpenFOAM“; Durchführung von Simulationen mit “OpenFOAM“; Grundgleichungen inkompressibler, kompressibler Fluide, von Turbulenzmodelle und Mehrphasenströmungen und deren Umsatz in “OpenFOAM“; Aspekte numerischer Diskretisierung und Implementierung in “OpenFOAM“; Post-processing mit dem Visualisierungsprogramm “ParaView“.

Wellen in Flüssigkeiten und Gasen

Vertiefung von grundlegenden Konzepten der Hydrodynamik technischer und geowissenschaftlicher Strömungen

VL: Do., 11:30 bis 13:00, LG3A.05, Prof. Harlander
UE: Fr., 11:30 bis 13:00, LG3A.05, Prof. Harlander

Inhalte:

Grundlagen; Oberflächenwellen; Reflexion und Refraktion: WKB Analyse; Flachwasserewellen; Interne Schwerewellen; Planetare Wellen; Trägheitswellen; Numerische Verfahren zur Lösung von Wellenphänomenen.

Parallel Rechnen

VL: Di., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs
UE: Mi., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Experiments in Aerodynamics and Fluid Mechanics

VL: Di., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.324, Prof. Egbers, bis 26. Nov. 2019
UE: Mi., 13:45 - 15:15 Uhr, LH3D, Dr. Motuz ab 4. Dez. 2020

Strömungslehre

VL: Di. 17.30 bis 19.00 A/B, LG3A - 325, Prof. Egbers
UE: Mo. 11:30 bis 13:00 A/B, LG3B - 101, Dr. Zaussinger
Prüfung: 1. August 2019, 11:00 - 13:00 Uhr, LG3A Raum 324

Die Studenten erlernen in der Vorlesung die theoretischen Grundlagen der Strömungsmechanik.
Die Studenten erkennen Zusammenhänge und Analogien zwischen der Mechanik (Statik und Dynamik) und der Strömungsmechanik (Hydrostatik und Hydrodynamik). Die Studierenden wenden die aus der Mathematik bekannten Grundlagen auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Überblick über die Inhalte:

Grundlagen (Stoffgrößen und physikalische Eigenschaften von Fluiden); Hydrostatik (Druck, Auftrieb);
Kinematik der Flüssigkeiten (Kontinuitätsgleichung); Kinetik der Fluide (Bernoulli-Gleichung, Massenerhaltung, Impulssatz, Drehimpuls); Materialgleichungen (Navier-Stokes Gleichungen, Newtonsche Fluide);
Schichtenströmungen (Couette-, Poisseuille-Strömung); Laminare und turbulente Grenzschichtströmungen, Ausgewählte Strömungsbeispiele

Fahrzeug-Aerodynamik

Nach der Teilnahme am Modul sind die Studierenden in der Lage, die Grundlagen der Aerodynamik bodengebundener Fahrzeuge zu verstehen.

Vorlesungsunterlagen:

VL: Mi. 13.45 bis 15.15 A/B LG3A - 406, Prof. Egbers
UE: Do. 11.30 bis 13.00 A/B LG3A - 353, Zaussinger
Prüfung: 24. Juli 2019, 09:00 - 11:00 Uhr, LG3A Raum 324
 

Inhalte:

  • Geschichtliche Entwicklung der Fahrzeug-Aerodynamik
  • Wiederholung der Grundzüge der Strömungsmechanik
  • Auftrieb bei Kraftfahrzeugen
  • Teilwiderstände und Detailoptimierung
  • Fahrzeuginnenströmungen
  • Aerodynamik der Nutzfahrzeuge
  • Aerodynamik der Sport- und Hochleistungsfahrzeuge
  • Windkanaltechnik
  • Windkanalmesstechnik

Raumfahrtanwendungen - Experimente unter Schwerelosigkeit

VL: Di. 13.45 bis 15.15 A/B, LH3D, Prof. Egbers
UE: Di. 15.30 bis 17.00 A/B LH3D, Prof. Egbers
Prügung: 30. Juli 2019, 09:00 - 11:00 Uhr, LG3A Raum 324

Inhalte:

Das Modul gibt einen Überblick über Experimente und Experimentiermöglichkeiten unter Bedingungen verminderter Schwerkraft, insbesondere im Bereich der Fluid Physik und der Materialwissenschaften. Neben einer Übersicht über die vielfältigen Experimentiermöglichkeiten in der Raumfahrt werden historische und aktuelle Experimente unter Schwerelosigkeit sowie aktuelle Forschungsthemen, beispielsweise bei Fallturmexperimenten, Parabelflug-Kampagnen, Höhenforschungsraketen oder auf der Internationalen Raumstation ISS dargestellt. Einen Schwerpunkt bilden hier Experimente mit Beteiligung der BTU. Weitere Themen werden die wissenschaftlichen, technologischen und politischen Rahmenbedingungen der Forschung unter Schwerelosigkeit sein.

Analyse und Visualisierung von Strömungen mit MATLAB

VL: Fr. 9.15 bis 10.45 A/B, LG3A, 353, Prof. Harlander
UE: Fr. 11.30 bis 13.00 A/B, LG3A, 005, Prof. Harlander
Prüfung: 22. Juli 2019, 09:00 - 11:00 Uhr, LG3A Raum 353

Inhalte:

Nach Abschluss des Moduls beherrschen die Studierenden, die statistischen und numerischen Methoden der Strömungslehre.

MATLAB Tutorial; Strömungslehre Tutorial; Statistische Analyse von Strömungsdaten; Zeitreihenanalyse; bi- und multivariate Verfahren; nichtlineare Verfahren; Visualisierung von Strömungen; Darstellung statistischer Ergebnisse.

Parallel Rechnen

VL: Mo., 15.30 - 17.00 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs
UE: Do., 9.15 - 10.45 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Höhere Strömungsmechanik

VL: Mi., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.324, Prof. Egbers
UE: Mi., 7:30 - 09:00 Uhr, Fo-Zentrum.2.26/2.27, Dr. Zaussinger

Vertiefung der Strömungsmechanik (Dynamik, Wirbelbildung, Instabilität, Turbulenz). Die Studenten vertiefen in der Vorlesung ihre Kenntsnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik. Die Studenten erlernen Zusammenhänge von Dynamik und Wirbelbildung sowie Stabilität, Strukturbildung und Turbulenz in der Strömungsmechanik. Die Studierenden wenden dabei die aus der Mathematik bekannten Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden. (Lösung der Navier-Stokes-Gleichung).

Einführung, Theoretische Grundlagen; Methoden der Stabilitätsanalyse; Methoden der Zeitreihenanalyse und Chaosdynamik; Modell-Experimente; Experimentelle Methoden; Praktische Beispiele (Rayleigh-Bénard-Konvektion, Taylor-Couette-Strömungen), Turbulente Strömungen.

Aerothermodynamik

VL: Di., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.325, Prof. Egbers
UE: Do., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.338, Haun

Einführung in die Aerothermodynamik; Kompressible Strömungen (Gasdynamik), Grenzschichtströmungen, Übersicht über die Tragflügeltheorie; Singularitätenverfahren für Überschallströmungen; Energiesatz für materielles Volumen, Energiesatz für Stromfaden, Gibbsche Gleichung und Entropieungleichung, Ideale Gase, Thermische und kalorische Zustandsgleichung, Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung, Bernoullische Gleichung für ideales Gas, Isentrope stationäre Stromfadentheorie, Flächen-/Geschwindigkeitsbeziehung, Durchflussfunktion, Senkrechter Verdichtungsstoß, Schiefer Verdichtungsstoß, Lavaldüse.

Strömungsmesstechnik

Vertiefung experimenteller Methoden der Strömungsmechanik

VL: Di., 13:45 - 15:15 Uhr, LG3A.406, Prof. Egbers
UE: Di., 15:30 - 17:00 Uhr, LH3D, Dr. Motuz

Inhalte:

Verfahren zur Sichtbarmachung von Strömungen; Übericht zu optischen Messverfahren; Laser-Doppler-Anemometrie;Particle-Image-Velocimetry; Particle-Tracking-Velocimetry; Flüssigkristall-Meßtechnik; Farbinjektion; Hitzdraht- und Heißfilm-Technik; Verfahren zur Messung von Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Feuchte); DurchflussmessungWindkanalmesstechnik (Sechskomponentenwaage, Sondenmesstechnik, Drucksensitive Farben, Fadenverfahren, Oberflächenfäden).

Numerische Strömungsmechanik

VL: Mo., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.05, Dr. Zaussinger
UE: Mo., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.05, Dr. Zaussinger

Numerische Simulation von strömungsmechanischen Vorgängen in Natur und Technik (Dynamik und Wirbelbildung in inkompressible und kompressible Strömungen, Turbulenzmodellierung, Mehrphasige Strömungen).

In der Vorlesung wird den Studenten die Umstellung von strömungsmechanischen problemcharakteristischen Gleichungen und Parametern in CFD-Programme vorgestellt und der Umgang mit dem Open Source CFD-Code “OpenFOAM“ beigebracht. Die Studenten erlernen die numerische Simulation von strömungsdynamischen Vorgängen und vertiefen dabei ihre Kenntnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik.

Die Studierenden wenden dabei die aus der Strömungsmechanik und Numerischen Mathematik bekannten Kenntnisse und Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden praktische Inhalte zur Simulation komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu simulieren und auszuwerten.

Einführung, was ist ein CFD-Code; Aufbau und Struktur des Open Source Programmes “OpenFOAM“; Durchführung von Simulationen mit “OpenFOAM“; Grundgleichungen inkompressibler, kompressibler Fluide, von Turbulenzmodelle und Mehrphasenströmungen und deren Umsatz in “OpenFOAM“; Aspekte numerischer Diskretisierung und Implementierung in “OpenFOAM“; Post-processing mit dem Visualisierungsprogramm “ParaView“.

Wellen in Flüssigkeiten und Gasen

Vertiefung von grundlegenden Konzepten der Hydrodynamik technischer und geowissenschaftlicher Strömungen

VL: Do., 11:30 bis 13:00, LG3A.05, Prof. Harlander
UE: Fr., 11:30 bis 13:00, LG3A.05, Prof. Harlander

Inhalte:

Grundlagen; Oberflächenwellen; Reflexion und Refraktion: WKB Analyse; Flachwasserewellen; Interne Schwerewellen; Planetare Wellen; Trägheitswellen; Numerische Verfahren zur Lösung von Wellenphänomenen.

Parallel Rechnen

VL: Di., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs
UE: Mi., 09:15 - 10:15 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Experiments in Aerodynamics and Fluid Mechanics

VL: Di., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.406, Prof. Egbers
UE: Mi., 13:45 - 15:15 Uhr, LH3D, Dr. Motuz ab 5.12.2018

Strömungslehre

VL: Di. 17.30 bis 19.00 A/B, LG3A - 325, Prof. Egbers
UE: Mo. 11:30 bis 13:00 A/B, LG3B - 101, Dr. Zaussinger

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu den Grundlagen der Strömungslehre vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele einfache praktische Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden.

Überblick über die Inhalte:

Grundlagen (Stoffgrößen und physikalische Eigenschaften von Fluiden); Hydrostatik (Druck, Auftrieb);
Kinematik der Flüssigkeiten (Kontinuitätsgleichung); Kinetik der Fluide (Bernoulli-Gleichung, Massenerhaltung, Impulssatz, Drehimpuls); Materialgleichungen (Navier-Stokes Gleichungen, Newtonsche Fluide);
Schichtenströmungen (Couette-, Poisseuille-Strömung); Laminare und turbulente Grenzschichtströmungen, Ausgewählte Strömungsbeispiele

Fahrzeug-Aerodynamik

Vorlesungsunterlagen:

VL: Mi. 13.45 bis 15.15 A/B LG3A - 406, Prof. Egbers

UE: Do. 11.30 bis 13.00 A/B LG3A - 353, Neben

Inhalte:

  • Geschichtliche Entwicklung der Fahrzeug-Aerodynamik
  • Wiederholung der Grundzüge der Strömungsmechanik
  • Auftrieb bei Kraftfahrzeugen
  • Teilwiderstände und Detailoptimierung
  • Fahrzeuginnenströmungen
  • Aerodynamik der Nutzfahrzeuge
  • Aerodynamik der Sport- und Hochleistungsfahrzeuge
  • Windkanaltechnik
  • Windkanalmesstechnik

Raumfahrtanwendungen

VL: Di. 13.45 bis 15.15 A/B, LH3D, Prof. Egbers
UE: Di. 15.30 bis 17.00 A/B LH3D, Prof. Egbers

Inhalte:

Das Modul gibt einen Überblick über Experimente und Experimentiermöglichkeiten unter Bedingungen verminderter Schwerkraft, insbesondere im Bereich der Fluid Physik und der Materialwissenschaften. Neben einer Übersicht über die vielfältigen Experimentiermöglichkeiten in der Raumfahrt werden historische und aktuelle Experimente unter Schwerelosigkeit sowie aktuelle Forschungsthemen, beispielsweise bei Fallturmexperimenten, Parabelflug-Kampagnen, Höhenforschungsraketen oder auf der Internationalen Raumstation ISS dargestellt. Einen Schwerpunkt bilden hier Experimente mit Beteiligung der BTU. Weitere Themen werden die wissenschaftlichen, technologischen und politischen Rahmenbedingungen der Forschung unter Schwerelosigkeit sein.

Analyse und Visualisierung von Strömungen mit MATLAB

VL: Fr. 9.15 bis 10.45 A/B, LG3A, 353, Prof. Harlander
UE: Fr. 11.30 bis 13.00 A/B, LG3A, 005, Prof. Harlander

Inhalte:

MATLAB Tutorial; Strömungslehre Tutorial; Statistische Analyse von Strömungsdaten; Zeitreihenanalyse; bi- und multivariate Verfahren; nichtlineare Verfahren; Visualisierung von Strömungen; Darstellung statistischer Ergebnisse.

CFD für Ingenieure

VL: Di. 7.30 bis 9.00 A/B, LG3A, 05, Zaussinger
VL: Di. 9.15 bis 10.45 A/B, LG3A, 05, Zaussinger

Lernziele:

Die Teilnahme des Moduls befähigt Studierende das Themengebiet der industrienahen CFD aus analytischer und praktischer Sicht zu verstehen. Die Arbeit mit industrierelevanter Software wird in den Fokus gerückt und ermöglicht den Studierenden eine umfangreiche Beschäftigung mit den Inhalten. Dies wird vor allem anhand praxisnaher Beispiele mit ausgewählten Softwarepaketen vermittelt. Am Ende des Moduls sind die Studierenden befähigt selbstständig CFD Simulationen zu erstellen, zu beurteilen und Rückschlüsse auf deren Anwendbarkeit für die Industrie zu machen.

Inhalte:

  • CFD-Methoden in der Industrie
  • Linux und Netzwerkarchitekturen
  • Gittergeneratoren und Aufbau von strömungsmechanischen Lösern.
  • Matlab, Toolboxen
  • Openfoam
  • Ansys / CFX / Fluent
  • Star CCM+
  • Postprocessing mit Paraview, Visit und Gnuplot

Empfohlene Voraussetzungen:     

Dieses Modul ist ein Vertiefungsmodul aus dem Fachbereich der numerischen Strömungsmechanik und setzt Kenntnisse aus dem Bereich der Numerik und  Strömungsmechanik voraus.
Kenntnisse:

  • Modul 31205 Strömungslehre
  • Modul 31303 Höhere Strömungsmechanik
  • Modul 31430 Numerische Strömungsmechanik

oder vergleichbare Kenntnisse der Strömungs- und Gasdynamik bzw. Numerik.

Parallel Rechnen

VL: Mo., 15.30 - 17.00 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs
UE: Do., 9.15 - 10.45 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Höhere Strömungsmechanik

VL: Mi., 9:15 - 10:45 Uhr, Fo-Zentrum.2.26/2.27, Prof. Egbers
UE: Mi., 7:30 - 09:00 Uhr, Fo-Zentrum.2.26/2.27, Dr. Zaussinger

Scripten

Vertiefung der Strömungsmechanik (Dynamik, Wirbelbildung, Instabilität, Turbulenz). Die Studenten vertiefen in der Vorlesung ihre Kenntsnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik. Die Studenten erlernen Zusammenhänge von Dynamik und Wirbelbildung sowie Stabilität, Strukturbildung und Turbulenz in der Strömungsmechanik. Die Studierenden wenden dabei die aus der Mathematik bekannten Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden. (Lösung der Navier-Stokes-Gleichung).

Einführung, Theoretische Grundlagen; Methoden der Stabilitätsanalyse; Methoden der Zeitreihenanalyse und Chaosdynamik; Modell-Experimente; Experimentelle Methoden; Praktische Beispiele (Rayleigh-Bénard-Konvektion, Taylor-Couette-Strömungen), Turbulente Strömungen.

Aerothermodynamik

VL: Di., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.325, Prof. Egbers
UE: Do., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.338, Neben

Einführung in die Aerothermodynamik; Kompressible Strömungen (Gasdynamik), Grenzschichtströmungen, Übersicht über die Tragflügeltheorie; Singularitätenverfahren für Überschallströmungen; Energiesatz für materielles Volumen, Energiesatz für Stromfaden, Gibbsche Gleichung und Entropieungleichung, Ideale Gase, Thermische und kalorische Zustandsgleichung, Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung, Bernoullische Gleichung für ideales Gas, Isentrope stationäre Stromfadentheorie, Flächen-/Geschwindigkeitsbeziehung, Durchflussfunktion, Senkrechter Verdichtungsstoß, Schiefer Verdichtungsstoß, Lavaldüse.

Strömungsmesstechnik

Vertiefung experimenteller Methoden der Strömungsmechanik

VL: Di., 13:45 - 15:15 Uhr, LG3A.406, Prof. Egbers
UE: Di., 15:30 - 17:00 Uhr, LH3D, Dr. Motuz

Inhalte:

Verfahren zur Sichtbarmachung von Strömungen; Übericht zu optischen Messverfahren; Laser-Doppler-Anemometrie;Particle-Image-Velocimetry; Particle-Tracking-Velocimetry; Flüssigkristall-Meßtechnik; Farbinjektion; Hitzdraht- und Heißfilm-Technik; Verfahren zur Messung von Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Feuchte); DurchflussmessungWindkanalmesstechnik (Sechskomponentenwaage, Sondenmesstechnik, Drucksensitive Farben, Fadenverfahren, Oberflächenfäden).

Numerische Strömungsmechanik

VL: Mo., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.05, Dr. Zaussinger
UE: Mo., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.05, Dr. Zaussinger

Numerische Simulation von strömungsmechanischen Vorgängen in Natur und Technik (Dynamik und Wirbelbildung in inkompressible und kompressible Strömungen, Turbulenzmodellierung, Mehrphasige Strömungen).

In der Vorlesung wird den Studenten die Umstellung von strömungsmechanischen problemcharakteristischen Gleichungen und Parametern in CFD-Programme vorgestellt und der Umgang mit dem Open Source CFD-Code “OpenFOAM“ beigebracht. Die Studenten erlernen die numerische Simulation von strömungsdynamischen Vorgängen und vertiefen dabei ihre Kenntnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik.

Die Studierenden wenden dabei die aus der Strömungsmechanik und Numerischen Mathematik bekannten Kenntnisse und Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden praktische Inhalte zur Simulation komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu simulieren und auszuwerten.

Einführung, was ist ein CFD-Code; Aufbau und Struktur des Open Source Programmes “OpenFOAM“; Durchführung von Simulationen mit “OpenFOAM“; Grundgleichungen inkompressibler, kompressibler Fluide, von Turbulenzmodelle und Mehrphasenströmungen und deren Umsatz in “OpenFOAM“; Aspekte numerischer Diskretisierung und Implementierung in “OpenFOAM“; Post-processing mit dem Visualisierungsprogramm “ParaView“.

Wellen in Flüssigkeiten und Gasen

Vertiefung von grundlegenden Konzepten der Hydrodynamik technischer und geowissenschaftlicher Strömungen

VL: Do., 11:30 bis 13:00, LG3A.05, Prof. Harlander
UE: Fr., 11:30 bis 13:00, LG3A.05, Prof. Harlander

Inhalte:

Grundlagen; Oberflächenwellen; Reflexion und Refraktion: WKB Analyse; Flachwasserewellen; Interne Schwerewellen; Planetare Wellen; Trägheitswellen; Numerische Verfahren zur Lösung von Wellenphänomenen.

Parallel Rechnen

VL: Di., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs
UE: Mi., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.05, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Experiments in Aerodynamics and Fluid Mechanics

VL: Di., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.406, Prof. Egbers
UE: Mi., 13:45 - 15:15 Uhr, LH3D, Dr. Motuz

Strömungslehre

VL: Di. 17:30 bis 19:00 A/B, ZHG Audimax 2, Prof. Egbers
UE: Mo. 11:30 bis 13:00 A/B ZHG Audimax 1, Dr. Zaussinger#
Prüfung: Do. 03.08.2017, GH (Großer Hörsaal)

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu den Grundlagen der Strömungslehre vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele einfache praktische Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden.

Überblick über die Inhalte:

Grundlagen (Stoffgrößen und physikalische Eigenschaften von Fluiden); Hydrostatik (Druck, Auftrieb);
Kinematik der Flüssigkeiten (Kontinuitätsgleichung); Kinetik der Fluide (Bernoulli-Gleichung, Massenerhaltung, Impulssatz, Drehimpuls); Materialgleichungen (Navier-Stokes Gleichungen, Newtonsche Fluide);
Schichtenströmungen (Couette-, Poisseuille-Strömung); Laminare und turbulente Grenzschichtströmungen, Ausgewählte Strömungsbeispiele

Fahrzeug-Aerodynamik

VL: Mi. 13:45 bis 15:15 A/B LG3A - 406, Prof. Egbers
UE: Do. 13:45 bis 15:15 A/B LG4B - 3B.16, Neben
Prüfung: Mi. 26.07.2017, LG3A - 324

Inhalte:

  • Geschichtliche Entwicklung der Fahrzeug-Aerodynamik
  • Wiederholung der Grundzüge der Strömungsmechanik
  • Auftrieb bei Kraftfahrzeugen
  • Teilwiderstände und Detailoptimierung
  • Fahrzeuginnenströmungen
  • Aerodynamik der Nutzfahrzeuge
  • Aerodynamik der Sport- und Hochleistungsfahrzeuge
  • Windkanaltechnik
  • Windkanalmesstechnik

Raumfahrtanwendungen

VL: Di. 13:45 bis 15:15 A/B LH3D, Foyer, Prof. Egbers
UE: Di. 15:30 bis 17:00 A/B LH3D, Foyer, Prof. Egbers
Prüfung: Di. 01.08.2017, LG3A Raum 324

Inhalte:

Das Modul gibt einen Überblick über Experimente und Experimentiermöglichkeiten unter Bedingungen verminderter Schwerkraft, insbesondere im Bereich der Fluid Physik und der Materialwissenschaften. Neben einer Übersicht über die vielfältigen Experimentiermöglichkeiten in der Raumfahrt werden historische und aktuelle Experimente unter Schwerelosigkeit sowie aktuelle Forschungsthemen, beispielsweise bei Fallturmexperimenten, Parabelflug-Kampagnen, Höhenforschungsraketen oder auf der Internationalen Raumstation ISS dargestellt. Einen Schwerpunkt bilden hier Experimente mit Beteiligung der BTU. Weitere Themen werden die wissenschaftlichen, technologischen und politischen Rahmenbedingungen der Forschung unter Schwerelosigkeit sein.

Analyse und Visualisierung von Strömungen mit MATLAB

VL: Fr. 9:15 bis 10:45 A/B LG3A, 353, Prof. Harlander
UE: Fr. 11:30 bis 13:00 A/B LG3A, 005, Prof. Harlander
Prügung: Mo., 24.7.2017, 10:00 bis 11:30 LG3A, 005

Inhalte:

MATLAB Tutorial; Strömungslehre Tutorial; Statistische Analyse von Strömungsdaten; Zeitreihenanalyse; bi- und multivariate Verfahren; nichtlineare Verfahren; Visualisierung von Strömungen; Darstellung statistischer Ergebnisse.

Ringlabor Fahrzeugtechnik

Di., 16.5.2017, LH3D, Motuz
Experimentelle Bestimmung der kritischen Reynolds-Zahl an einer ebenen Platte mittels eines LDA-Verfahrens

Di., 23.5.2017, LH3D, Motuz
Strömungsvisualisierung am Beispiel eines Radhausmodells

Höhere Strömungsmechanik

VL: Mi., 9:15 - 10:45 Uhr, Fo-Zentrum.2.26/2.27, Prof. Egbers
UE: Mi., 7:30 - 09:00 Uhr, Fo-Zentrum.2.26/2.27, Dr. Zaussinger
Vorlesungs und Übungsunterlagen

Vertiefung der Strömungsmechanik (Dynamik, Wirbelbildung, Instabilität, Turbulenz). Die Studenten vertiefen in der Vorlesung ihre Kenntsnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik. Die Studenten erlernen Zusammenhänge von Dynamik und Wirbelbildung sowie Stabilität, Strukturbildung und Turbulenz in der Strömungsmechanik. Die Studierenden wenden dabei die aus der Mathematik bekannten Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden. (Lösung der Navier-Stokes-Gleichung).

Einführung, Theoretische Grundlagen; Methoden der Stabilitätsanalyse; Methoden der Zeitreihenanalyse und Chaosdynamik; Modell-Experimente; Experimentelle Methoden; Praktische Beispiele (Rayleigh-Bénard-Konvektion, Taylor-Couette-Strömungen), Turbulente Strömungen.

Aerothermodynamik

VL: Di., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.325, Prof. Egbers
UE: Do., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.338, Merbold

Einführung in die Aerothermodynamik; Kompressible Strömungen (Gasdynamik), Grenzschichtströmungen, Übersicht über die Tragflügeltheorie; Singularitätenverfahren für Überschallströmungen; Energiesatz für materielles Volumen, Energiesatz für Stromfaden, Gibbsche Gleichung und Entropieungleichung, Ideale Gase, Thermische und kalorische Zustandsgleichung, Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung, Bernoullische Gleichung für ideales Gas, Isentrope stationäre Stromfadentheorie, Flächen-/Geschwindigkeitsbeziehung, Durchflussfunktion, Senkrechter Verdichtungsstoß, Schiefer Verdichtungsstoß, Lavaldüse.

Strömungsmesstechnik

Vertiefung experimenteller Methoden der Strömungsmechanik

VL: Di., 13:45 - 15:15 Uhr, LG3A.406, Prof. Egbers
UE: Di., 15:30 - 17:00 Uhr, LH3D, Merbold

Inhalte:

Verfahren zur Sichtbarmachung von Strömungen; Übericht zu optischen Messverfahren; Laser-Doppler-Anemometrie;Particle-Image-Velocimetry; Particle-Tracking-Velocimetry; Flüssigkristall-Meßtechnik; Farbinjektion; Hitzdraht- und Heißfilm-Technik; Verfahren zur Messung von Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Feuchte); DurchflussmessungWindkanalmesstechnik (Sechskomponentenwaage, Sondenmesstechnik, Drucksensitive Farben, Fadenverfahren, Oberflächenfäden).

Numerische Strömungsmechanik

VL: Mo., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.005, Dr. Zaussinger
UE: M0., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.005, Neben

Numerische Simulation von strömungsmechanischen Vorgängen in Natur und Technik (Dynamik und Wirbelbildung in inkompressible und kompressible Strömungen, Turbulenzmodellierung, Mehrphasige Strömungen).

In der Vorlesung wird den Studenten die Umstellung von strömungsmechanischen problemcharakteristischen Gleichungen und Parametern in CFD-Programme vorgestellt und der Umgang mit dem Open Source CFD-Code “OpenFOAM“ beigebracht. Die Studenten erlernen die numerische Simulation von strömungsdynamischen Vorgängen und vertiefen dabei ihre Kenntnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik.

Die Studierenden wenden dabei die aus der Strömungsmechanik und Numerischen Mathematik bekannten Kenntnisse und Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden praktische Inhalte zur Simulation komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu simulieren und auszuwerten.

Einführung, was ist ein CFD-Code; Aufbau und Struktur des Open Source Programmes “OpenFOAM“; Durchführung von Simulationen mit “OpenFOAM“; Grundgleichungen inkompressibler, kompressibler Fluide, von Turbulenzmodelle und Mehrphasenströmungen und deren Umsatz in “OpenFOAM“; Aspekte numerischer Diskretisierung und Implementierung in “OpenFOAM“; Post-processing mit dem Visualisierungsprogramm “ParaView“.

Wellen in Flüssigkeiten und Gasen

Vertiefung von grundlegenden Konzepten der Hydrodynamik technischer und geowissenschaftlicher Strömungen

VL: Do., 11:30 bis 13:00, LG3A.005, Prof. Harlander
UE: Fr., 11:30 bis 13:00, LG3A.005, Prof. Harlander

Inhalte:

Grundlagen; Oberflächenwellen; Reflexion und Refraktion: WKB Analyse; Flachwasserewellen; Interne Schwerewellen; Planetare Wellen; Trägheitswellen; Numerische Verfahren zur Lösung von Wellenphänomenen.

Parallel Rechnen

VL: Di., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.005, Dr. Krebs
UE: Mi., 17:00 - 18:30 Uhr, LG3A.005, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Fahrzeug-Aerodynamik

VL: Mi. 13:45 bis 15:15 A/B LG3A - 406, Prof. Egbers
UE: Do. 13:45 bis 15:15 A/B LG4B - 3B.16, Merbold
Prüfung: Mi. 27.7.2016, 13:00 bis 14:30 LG3A - 324

Vorlesungs und Übungsunterlagen

Inhalte:

  • Geschichtliche Entwicklung der Fahrzeug-Aerodynamik
  • Wiederholung der Grundzüge der Strömungsmechanik
  • Auftrieb bei Kraftfahrzeugen
  • Teilwiderstände und Detailoptimierung
  • Fahrzeuginnenströmungen
  • Aerodynamik der Nutzfahrzeuge
  • Aerodynamik der Sport- und Hochleistungsfahrzeuge
  • Windkanaltechnik
  • Windkanalmesstechnik

Strömungslehre

VL: Di. 17:30 bis 19:00 A/B Audimax 2, Prof. Egbers
UE: Mo. 11:30 bis 13:00 A/B Audimax 1, Dr. Zaussinger
Prügung: Mi., 3.8.2016, 08:00 bis 10:00 Großer Hörsaal

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu den Grundlagen der Strömungslehre vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele einfache praktische Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden.

Überblick über die Inhalte:

Grundlagen (Stoffgrößen und physikalische Eigenschaften von Fluiden); Hydrostatik (Druck, Auftrieb);
Kinematik der Flüssigkeiten (Kontinuitätsgleichung); Kinetik der Fluide (Bernoulli-Gleichung, Massenerhaltung, Impulssatz, Drehimpuls); Materialgleichungen (Navier-Stokes Gleichungen, Newtonsche Fluide);
Schichtenströmungen (Couette-, Poisseuille-Strömung); Laminare und turbulente Grenzschichtströmungen, Ausgewählte Strömungsbeispiele

Raumfahrtanwendungen

VL: Di. 13:45 bis 15:15 A/B LH3D, Foyer, Prof. Egbers
UE: Di. 15:15 bis 16:45 A/B LH3D, Foyer, Prof. Egbers

Inhalte:

Das Modul gibt einen Überblick über Experimente und Experimentiermöglichkeiten unter Bedingungen verminderter Schwerkraft, insbesondere im Bereich der Fluid Physik und der Materialwissenschaften. Neben einer Übersicht über die vielfältigen Experimentiermöglichkeiten in der Raumfahrt werden historische und aktuelle Experimente unter Schwerelosigkeit sowie aktuelle Forschungsthemen, beispielsweise bei Fallturmexperimenten, Parabelflug-Kampagnen, Höhenforschungsraketen oder auf der Internationalen Raumstation ISS dargestellt. Einen Schwerpunkt bilden hier Experimente mit Beteiligung der BTU. Weitere Themen werden die wissenschaftlichen, technologischen und politischen Rahmenbedingungen der Forschung unter Schwerelosigkeit sein.

Analyse und Visualisierung von Strömungen mit MATLAB

VL: Fr. 9:15 bis 10:45 A/B LG3A, 353, Prof. Harlander
UE: Fr. 11:30 bis 13:00 A/B LG3A, 005, Prof. Harlander
Prügung: Mo., 1.8.2016, 18:00 bis 11:30 LG3A, 005

Inhalte:

Vertiefung statistischer und numerischer Methoden der Strömungslehre

Parallel Rechnen

VL: Mo., 15:30 - 17:00 Uhr, LG3A.005, Dr. Krebs
UE: Do., 09:15 - 10:45 Uhr, LG3A.005, Dr. Krebs

Inhalte:

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.
Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Ringlabor Fahrzeugtechnik

Di., 17.5.2016, 09:15 - 13:00, LH3D
Di., 24.5.2016, 09:15 - 13:00, LH3D

Inhalte:

Einführung in die Fahrzeugtechnik, Motortechnik, Schwingungsanalyse, Strukturanalyse, Strömungsanalyse und Verkehrssystemtechnik anhand ausgewählter und aktueller Labor- und Experimentprüfstände

Höhere Strömungsmechanik

VL: Mi., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.338, Prof. Egbers
UE: Mi., 7:30 - 09:00 Uhr, LG3A.338, Dr. Zaussinger

Vertiefung der Strömungsmechanik (Dynamik, Wirbelbildung, Instabilität, Turbulenz). Die Studenten vertiefen in der Vorlesung ihre Kenntsnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik. Die Studenten erlernen Zusammenhänge von Dynamik und Wirbelbildung sowie Stabilität, Strukturbildung und Turbulenz in der Strömungsmechanik. Die Studierenden wenden dabei die aus der Mathematik bekannten Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden. (Lösung der Navier-Stokes-Gleichung).

Einführung, Theoretische Grundlagen; Methoden der Stabilitätsanalyse; Methoden der Zeitreihenanalyse und Chaosdynamik; Modell-Experimente; Experimentelle Methoden; Praktische Beispiele (Rayleigh-Bénard-Konvektion, Taylor-Couette-Strömungen), Turbulente Strömungen.

Aerothermodynamik

VL: Di., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.353, Prof. Egbers
UE: Do., 9:15 - 10:45 Uhr, LG3A.338, Merbold

Einführung in die Aerothermodynamik; Kompressible Strömungen (Gasdynamik), Grenzschichtströmungen, Übersicht über die Tragflügeltheorie; Singularitätenverfahren für Überschallströmungen; Energiesatz für materielles Volumen, Energiesatz für Stromfaden, Gibbsche Gleichung und Entropieungleichung, Ideale Gase, Thermische und kalorische Zustandsgleichung, Schallgeschwindigkeit und Schallausbreitung, Bernoullische Gleichung für ideales Gas, Isentrope stationäre Stromfadentheorie, Flächen-/Geschwindigkeitsbeziehung, Durchflussfunktion, Senkrechter Verdichtungsstoß, Schiefer Verdichtungsstoß, Lavaldüse.

Strömungsmesstechnik

Vertiefung experimenteller Methoden der Strömungsmechanik

VL: Di., 13:45 - 15:15 Uhr, LG3A.406, Prof. Egbers
UE: Di., 15:30 - 17:00 Uhr, LH3D, Merbold

Inhalte:

Verfahren zur Sichtbarmachung von Strömungen; Übericht zu optischen Messverfahren; Laser-Doppler-Anemometrie;Particle-Image-Velocimetry; Particle-Tracking-Velocimetry; Flüssigkristall-Meßtechnik; Farbinjektion; Hitzdraht- und Heißfilm-Technik; Verfahren zur Messung von Zustandsgrößen (Temperatur, Druck, Feuchte); DurchflussmessungWindkanalmesstechnik (Sechskomponentenwaage, Sondenmesstechnik, Drucksensitive Farben, Fadenverfahren, Oberflächenfäden).

Numerische Strömungsmechanik

VL: Mi., 11:30 - 13:00 Uhr, LG3A.005, Dr. Zaussinger
UE: Mi., 13:45 - 15:15 Uhr, LG3A.005, Dr. Zaussinger

Numerische Simulation von strömungsmechanischen Vorgängen in Natur und Technik (Dynamik und Wirbelbildung in inkompressible und kompressible Strömungen, Turbulenzmodellierung, Mehrphasige Strömungen).

In der Vorlesung wird den Studenten die Umstellung von strömungsmechanischen problemcharakteristischen Gleichungen und Parametern in CFD-Programme vorgestellt und der Umgang mit dem Open Source CFD-Code “OpenFOAM“ beigebracht. Die Studenten erlernen die numerische Simulation von strömungsdynamischen Vorgängen und vertiefen dabei ihre Kenntnisse zu komplexeren Fragestellungen der Strömungsmechanik.

Die Studierenden wenden dabei die aus der Strömungsmechanik und Numerischen Mathematik bekannten Kenntnisse und Methoden auf strömungsmechanische Problemstellungen an.

Inhalte:

In der Vorlesung werden praktische Inhalte zur Simulation komplexeren strömungsmechanischen Problemstellungen vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele komplexe Strömungsprobleme zu simulieren und auszuwerten.

Einführung, was ist ein CFD-Code; Aufbau und Struktur des Open Source Programmes “OpenFOAM“; Durchführung von Simulationen mit “OpenFOAM“; Grundgleichungen inkompressibler, kompressibler Fluide, von Turbulenzmodelle und Mehrphasenströmungen und deren Umsatz in “OpenFOAM“; Aspekte numerischer Diskretisierung und Implementierung in “OpenFOAM“; Post-processing mit dem Visualisierungsprogramm “ParaView“.

Wellen in Flüssigkeiten und Gasen

Vertiefung von grundlegenden Konzepten der Hydrodynamik technischer und geowissenschaftlicher Strömungen

VL: Do., 11:30 bis 13:00, LH3D, Prof. Harlander
UE: Fr., 11:30 bis 13:00, LG3A.005, Prof. Harlander

Inhalte:

Grundlagen; Oberflächenwellen; Reflexion und Refraktion: WKB Analyse; Flachwasserewellen; Interne Schwerewellen; Planetare Wellen; Trägheitswellen; Numerische Verfahren zur Lösung von Wellenphänomenen.

Parallel Rechnen

VL: Di., 17:15 - 18:45 Uhr, LG3A.005, Dr. Krebs
UE: Fr., 09:15 - 10:45 Uhr, LG3A.005, Dr. Krebs

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.

Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Ringlabor Fahrzeugtechnik

Es sollen die Grundlagen gängiger Methoden der Fahrzeugtechnik vermittelt werden.

Inhalt:

Einführung in die Fahrzeugtechnik, Motortechnik, Schwingungsanalyse, Strukturanalyse, Strömungsanalyse und Verkehrssystemtechnik anhand ausgewählter und aktueller Labor- und Experimentprüfstände

Strömungslehre

VL: Di. 17:30 bis 19:00 A/B Audimax 2
UE: Mo. 11:30 bis 13:00 A/B Audimax 1

In der Vorlesung werden theoretische Inhalte zu den Grundlagen der Strömungslehre vermittelt und durch das Selbststudium ergänzt. In den Übungen lernen die Studierenden durch anwendungsorientierte Beispiele einfache praktische Strömungsprobleme zu lösen und die theoretischen Grundlagen anzuwenden.

Überblick über die Inhalte:

Grundlagen (Stoffgrößen und physikalische Eigenschaften von Fluiden); Hydrostatik (Druck, Auftrieb);
Kinematik der Flüssigkeiten (Kontinuitätsgleichung); Kinetik der Fluide (Bernoulli-Gleichung, Massenerhaltung, Impulssatz, Drehimpuls); Materialgleichungen (Navier-Stokes Gleichungen, Newtonsche Fluide);
Schichtenströmungen (Couette-, Poisseuille-Strömung); Laminare und turbulente Grenzschichtströmungen, Ausgewählte Strömungsbeispiele

Fahrzeug-Aerodynamik

VL: Mi. 13:45 bis 15:15 A/B LG3A - 406
UE: Do. 13:45 bis 15:15 A/B LG4B - 3B.16

Inhalte:

  • Geschichtliche Entwicklung der Fahrzeug-Aerodynamik
  • Wiederholung der Grundzüge der Strömungsmechanik
  • Auftrieb bei Kraftfahrzeugen
  • Teilwiderstände und Detailoptimierung
  • Fahrzeuginnenströmungen
  • Aerodynamik der Nutzfahrzeuge
  • Aerodynamik der Sport- und Hochleistungsfahrzeuge
  • Windkanaltechnik
  • Windkanalmesstechnik

Kompressible Strömungen

VL: Di. 9:15 bis 10:45 A/B LG3A - 348

Inhalte:

  • Mathematische Grundlagen
  • Thermodynamische Grundlagen
  • Erhaltungssätze
  • Eulergleichungen / Navier-Stokes Gleichung
  • Methode der Charakteristiken
  • Schockwellen / Schocks
  • Unterschallströmungen / Überschallströmungen
  • Riemann Problem
  • Turbulente Strömungen
  • Brennverhalten / Verbrennung
  • Numerische Methoden / CFD

Parallel Rechnen

VL: Mo., 15:30 - 17:00 Uhr, LG3A.005
UE: Do., 09:15 - 10:45 Uhr, LG3A.005

Die Studierenden lernen grundlegende Konzepte paralleler Rechnerarchitektur (Hardwareaspekt) und der parallelen Programmierung (Softwareaspekt) kennen. Typische Aufgabenstellungen numerischer Simulation aus den Bereichen Computational Physics, CFD und Image Processing können selbständig parallel implementiert werden. Zu diesem Zwecke können das eigene Notebook mit SMP-CPU, die BTU-Institutsrechner mit SMP-CPU, das vom CFTM2 betreute massiv parallele Rechencluster mit 384 Cores sowie die Resourcen des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN) genutzt werden. Sequentielle Algorithmen können auf ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert werden.

Hardware für paralleles Rechen vom Laptop bis zum High Performance Cluster (Processing concepts: Pipelining, Functional Parallelism, Multithreading, Shared Memory, Distributed Memory, Memory access concepts). Parallelisierungsstrategien. Programmieren mit OpenMP und MPI. Analyse der Skalierbarkeit.
Die Grundlagen der Parallelen Programmierung werden anhand generischer Beispiele vermittelt. Die Teilnehmer bringen im Rahmen einer engen Verknüpfung von Vorlesung und Praktikum Beispiele der numerischen Modellierung aus Ihrem natur- bzw. ingenieurwissenschaftlichen Studienkontext ein und bearbeiten diese in Kleingruppen. Die Beispiele werden auf Ihre Parallelisierbarkeit hin analysiert.

Analyse und Visualisierung von Strömungen mit MATLAB

VL: Fr. 09:15 bis 10:45 A/B LG3A - 353
UE: Fr. 11:30 bis 13:00 A/B LG3A - 005

Vertiefung statistischer und numerischer Methoden der Strömungslehre

Inhalte:
MATLAB Tutorial; Strömungslehre Tutorial; Statistische Analyse von Strömungsdaten; Zeitreihenanalyse; bi- und multivariate Verfahren; nichtlineare Verfahren; Visualisierung von Strömungen; Darstellung statistischer Ergebnisse.