Anisotropy-invariant Reynolds stress model of turbulence for practically relevant inhomogeneous flows

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Erstmals ist es gelungen, ein Turbulenzmodell zu entwickeln, das zur Schließung der Transportgleichungen für die Reynolds-Spannungen und die Dissipationsrate der Anisotropie der Turbulenz in allen modellierten Termen im vollen Maße Rechnung trägt. Für homogene Strömungen konnten die Vorteile des Ansatzes bereits eindrucksvoll demonstriert werden. Das Ziel des vorliegenden Projektantrags ist nun die Weiterentwicklung, Validierung und Verifikation dieser neuartigen Schließungsannahmen auf der Basis des Anisotropie-Invarianten-Reynolds-Spannungsmodells für inhomogene turbulente Scherströmungen. Der Schließungsansatz wird dazu in den General-Purpose-Code FASTEST-3D implementiert. Anhand eines breiten Spektrums an inhomogenen Scherströmungen, welche für praxisrelevante Strömungsprobleme eine hohe Relevanz haben, sollen die Vorhersagegenauigkeiten des neuen Modells im Detail untersucht werden. Hierzu zählen Kanal- und Rohrströmungen, Grenzschichtströmungen mit und ohne Druckgradient, freie Scherströmungen sowie letztlich die Vorhersage komplexer abgelöster Strömungen (rückspringende Stufe und periodische Hügel). Durch Vergleich der Berechnungsergebnisse mit zur Verfügung stehenden, experimentellen und numerischen Daten soll die Praxistauglichkeit des AI-RSM-Modells nachgewiesen werden. Eine zentrale Frage ist dabei, ob die gleiche Genauigkeit wie im Fall der homogenen Strömungen (± 5 % bezogen auf die turbulente kinetische Energie k und ± 10 % bezogen auf die einzelnen Reynolds-Spannungen uiuj) erzielt werden kann.