Modellierung, Identifizierung und Bewertung eines analytischen Modells für gekrümmte Wirbelschleppen

Abstract

Diese Studienarbeit befasst sich mit der Modellierung, Identifizierung und Bewertung eines analytischen Modells zur Beschreibung der Geometrie und der Geschwindigkeitsverteilungen von gekrümmten Wirbelschleppen und Wirbelringen. Dabei baut die Arbeit auf einem bereits vorhandenen Simulationsmodell auf, welches bisher lediglich den generisch abgeschätzten Wirbelzerfall bis zur Ringbildung (Linking) berücksichtigte. Es werden zunächst mathematische Ansätze aufgestellt, welche die Wirbelgeometrie während des Zerfalls geeignet darstellen können. In einem weiteren Schritt werden Geometrieparameter für das gesamte Wirbelalter in Abhängigkeit von atmosphärischen Parametern anhand von Daten aus Grobstruktursimulationen (LES) identifiziert. Diese numerischen Simulationen erzeugen realistische Geometrien, allerdings sind sie sehr rechenintensiv und damit für Flugsimulationen nur mit großem Aufwand nutzbar. Neben der Gestalt wird der Verlauf von Zirkulation und Wirbelkernradius während des Zerfalls bestimmt, aus denen in der Simulation die Wirbelgeschwindigkeiten berechnet werden. Das vorhandene Simulationsmodell wird um die identifizierten Geometrien und die Verläufe von Zirkulation und Kernradius erweitert und im Anschluss anhand der Geschwindigkeitsfelder validiert. Das neue Modell ist somit in der Lage, realistischere Geometrien und Geschwindigkeitsverteilungen für das gesamte Wirbelalter in Abhängigkeit von atmosphärischen Parametern zu simulieren als bisher gängige analytische Wirbelmodelle.