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Jürgen Zierep passed away on July 29, 2021, at the age of 92. To him, science and education was not only a profession, but an affair of the heart. His impressive contributions in fluid mechanics comprise about 200 scientific publications in the fields of gas dynamics, similarity laws, flow instabilities, flows with energy transfer, and non-Newtonian fluids. In addition, he wrote eleven textbooks with great dedication. Those books by the “scientist who loves to teach” are nowadays available in different languages and regularly appear in new editions.
The structure of the separation bubble that appears in the secondary meridional flow between two coaxially rotating spheres at low and finite Reynolds number (Re) is considered. The low Re analytical study was motivated by recognizing some errors in the analytical work on this problem by Arunachalam and Majhi (1987, Q. Jl Mech. Appl. Math., 40, 47) whilst the finite Re experimental study was motivated by the desire to observe the separation bubble in the laboratory. Though the finite Re experiments were performed in a confined apparatus, they exhibit the qualitative features of the low Re theoretical predictions for the axisymmetric separation bubble that encloses two toroidal vortices symmetrically disposed above and below the mid‐plane of sphere separation, but strong effects of confinement are apparent. The flows observed include (i) a wall‐attached bubble symmetric about the mid‐plane at low Re, (ii) symmetric free‐standing bubbles at moderate Re, and (iii) an asymmetric bubble with flow separating from one sphere and attaching to the support shaft between the spheres at sufficiently high Re.
We herein present a topology design method based on local optimality criteria which has been implemented in an open source Navier-Stokes solver for turbulent flows. Our method aims for the fast generation of geometry proposals in the early conceptual phase. To the best of our knowledge, this is the first local criteria approach utilizing a wall function turbulence model in order to consider turbulent flows. In order to allow for the growth as well as the shrinkage, or even the formation or disappearance of structural features, a topological approach is chosen. By introducing a volume fraction parameter, we distinguish between fluid and solid properties in each control volume. The fluid-solid interface is represented by an immersed boundary method using a piecewise linear surface reconstruction.
Energetische Aspekte gewinnen bei nachhaltig optimierten Systemen zunehmend an Bedeutung. Klassische Lösungen der Strömungsmechanik sind für viele technische Anwendungen von enormerWichtigkeit. In dieser Arbeit präsentieren wir energetische Analysen zu den unterschiedlichen Rayleigh-Stokes Problemen wie der plötzlich in Gang gesetzten oder gestoppten Platte sowie der periodisch oszillierenden Platte. Die in [1] beschriebenen klassischen Rayleigh-Stokes Probleme sind in vielfältigerWeise für verallgemeinerte Rand- und Anfangsbedingungen untersucht worden. Beispiele hierzu sind in [2, 3] dargestellt. Theoretische Grundlagen zu den folgenden energetischen Betrachtungen sind in [4, 5] enthalten.
Um bei der Produktentwicklung auf die immer höheren Anforderungen wie Effizienz- oder Kostenoptimierung reagieren zu können, stehen die Unternehmen vor der Herausforderung, neue, leistungsfähige Komponenten zu entwickeln. Hierzu müssen geeignete Entwicklungswerkzeuge zur Verfügung stehen. Bei der Auslegung von strömungsführenden Bauteilen wie zum Beispiel Rohrleitungen, Krümmern oder Ansaugstutzen wird meist auf Standard Konstruktionen zurückgegriffen. Hierzu zählen zum Beispiel gerade Rohre, 90 Grad- Umlenkungen und Diffusoren. Neue Topologieoptimierungsverfahren im Bereich Computational Fluid Dynamics (CFD) bieten die Möglichkeit, solche Bauteile für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert zu dimensionieren und somit zu einer Steigerung der Effizienz des Gesamtsystems beizutragen. Darüber hinaus kann die Topologieoptimierung schon in sehr frühen Phasen des Entwicklungsprozesses eingesetzt werden und somit helfen, die Anzahl an Entwicklungsstufen zu reduzieren.
Im Rahmen energieeffizienter Umströmungsprozesse sind Verfahren zur Entwicklung optimaler Körperformen notwendig. In einem Verbundforschungsvorhaben wird mit unterschiedlichen Methoden an diesem Ziel gearbeitet. Ausgehend von der umströmten Scheibe wird eine optimalere Körperform durch Simulation ermittelt.
Im Rahmen energieeffizienter Umströmungsprozesse sind Verfahren zur Entwicklung optimaler Körperformen notwendig. In einem Verbundforschungsvorhaben wird mit unterschiedlichen Methoden an diesem Ziel gearbeitet. Umströmungen von Körpern treten in Natur und Technik in vielfältigen Formen auf. Bei Tragflügeln ist der Auftrieb ein wesentliches Kriterium zur Funktion des Flugzeugs. Im Blick auf die Energieeffizienz kommt dem Widerstand immer größere Bedeutung zu. Im Rahmen eines Verbundprojekts „EUdaF-Energieeffiziente Umströmungsprozesse durch automatisierte Formoptimierung“ [1] wird nach Methoden geforscht, wie man die optimale Körperform für die Umströmung mit dem geringsten Widerstand finden kann.
This study focuses on the experimental and numerical investigations on a commercial Ranque-Hilsch vortex tube. Ranque-Hilsch vortex tubes have many applications in industry and production as they can generate a very cold flow just from pressurized air .e.g. machine tool cooling. Main objective of this study is the energy separation in the flow field which results in a temperature drop on the cold exit of the tube. This was investigated experimentally by measuring the outlet temperature on the cold exit and the pressure drop on the flow restrictor valve on the hot exit. At a pressure drop of 0.5 bar the vortex tube showed the best performance by reaching a cold exit temperature of –16.7 °C. The Inlet flow was pressurised air at 20 °C and 6 bar.<br /> The numerical analysis was carried out by full 3D steady state CFD-simulation using the commercial software ANSYS CFX 11.0. The three dimensional model represented a 120° sector of the tube using periodic boundary conditions. A comparison between different turbulence models (k – å, RNG k – å, k – ù, SST) was carried out. The classic k – å two layer turbulence model showed the best results compared to the experiment. The energy separation and the drop in cold exit temperature are highest when the viscous work term is included into the energy equation. These effects of including the viscous work term into the energy separation have also been investigated.