Folien zur Vorstellung der Vertiefungsvorlesungen - IAG

Vorstellung der Vertiefungsrichtung 

University of Stuttgart 

Institute of Aerodynamics and Gas Dynamics 

Strömungslehre 

am IAG 

18.01.2012

Inhalt 

• Heute: 

� Allgemeine Informationen 

� Überblick über die Vorlesungsinhalte, Teil 1 (Dr. Jägle) 

� Überblick über die Vorlesungsinhalte, Teil 2 (Prof. Krämer) 

• Morgen, ab 16:00 Uhr 

� Besichtigung der Anlagen und Forschungsprojekte am 

IAG, Möglichkeiten zur intensiveren Diskussion bei Bier 

und Brezeln 

Diese Folien befinden sich auch auf der IAG-Webseite 


Institute of Aerodynamics and Gas Dynamics

Allgemeine Informationen 

Gesamtumfang: mind. 10 SWS 

davon: mind. 7 SWS aus schriftlich geprüften Fächern 

mind. 3 SWS aus mündlich geprüften Fächern 

Seminare gelten als mündlich geprüfte Fächer 



(siehe: http://www.iag.uni-stuttgart.de/IAG/lehre/vorlesungen.html) 

Obergrenzen: schriftlich: 3 Fächer, max. 9 SWS 

mündlich: entweder 1 Fach mit 3 oder 

oder 2 Fächer mit jeweils 1 oder 2 SWS 

Mehraufwand wird bei den Prüfungen berücksichtigt 

Prüfungen: schriftlich: 1 Gesamtprüfung 3h, davon 1,5h Fragenteil 

ohne Hilfsmittel, 1,5h Aufgabenteil mit Hilfsmitteln 

mündlich: 1 Gesamtprüfung, 10min/SWS, max. 30min


Besonderheit bei den Prüfungen: 

Der schriftliche Teil zählt 70%, der mündliche 30% zur Gesamtnote. 

Es zählt nur das Gesamtergebnis, d.h. es muss nicht jeder Teil für sich 

bestanden werden. 

Die VT-Prüfung gilt u.a. als nicht bestanden, wenn: 

- der Kandidat zur schriftlichen oder zur mündlichen Prüfung nicht 

erscheint, oder 

- der Kandidat den Fragen- oder den Aufgabenteil nicht bearbeitet hat 

(also nur leere Blätter abgegeben hat), oder 

- der Kandidat bei der mündlichen Prüfung erklärt, dass er nichts sagen 

möchte. 




Die Absolvierung der kompletten Vertiefung im 7. Semester ist möglich. 

Pflichtfach: Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I 

im 7. Sem., 3 SWS (V+Ü), schriftl. geprüft 

(Ausnahme möglich für Auslandsvertiefer) 

Sämtliche angebotene Fächer können auch als Wahlfächer belegt werden 

(Ausnahme: CFD-Anwendungsseminar). 

Wahlfachprüfungen erfolgen in der Regel mündlich. 




Wichtiges zu SA und DA: 

• Von den beiden Arbeiten darf nur eine extern durchgeführt werden*. 

• Das Thema kann formal nur von einem Prüfer des IAG ausgegeben werden 

• Keine Zusage bei Firmen etc. bevor nicht das O.K. des Prüfers vorliegt! 

• Ansprechpartner am IAG: 

Dr. Gaisbauer (Tel.: 63431, gaisbauer@iag.uni-stuttgart.de) 

• Forschungsgebiete am IAG: siehe morgige Institutsführung 

• Die Kapazitäten für experimentelle SA oder DA sind auch am IAG begrenzt. 

* siehe hierzu auch die Verfahrensregelung 01/2010 




Vertiefung im Ausland: 

Es ist möglich, die komplette Vertiefung im Ausland zu absolvieren oder 

auch sich nur einzelne Lehrveranstaltungen anrechnen zu lassen. 

Die Anrechnung von Auslandskursen als Wahlfach ist ebenfalls möglich. 

Wichtig: Absprache der Fächerwahl vorher! 

Regel: Es dürfen nur max. 50% des kompletten Vertiefungsstudiums im 

Ausland absolviert werden*. 

Wer zum regulären Prüfungstermin bereits im Ausland ist, kann den 

mündlichen Teil der Vertiefungsprüfung vorziehen**. 

Der Antrag auf Anerkennung auswärtig erbrachter Prüfungsleistungen ist 

beim Vorsitzenden des Prüfungsausschusses zu stellen. 

* siehe hierzu auch die Verfahrensregelung vom 7.2.2007 

** siehe hierzu auch die Verfahrensregelung 02/2009 




SA oder DA im Ausland: 

Eine externe Arbeit (z.B. im Ausland, bei einer Firma etc.) kann nur dann als 

SA oder DA für Strömungslehre angerechnet werden, wenn mehr als 50% 

der Vertiefung am IAG absolviert wurde*. 

(Ausnahme: Austauschprogramme (ISAP, DFIS, …)*) 

Eine Arbeit an einer ausländischen HS gilt auch als externe Arbeit. 

Beachte: Abschluss- (theses), Projekt- oder vergleichbare Arbeiten können 

weder als SA noch als DA anerkannt werden, wenn diese bereits 

zum Erwerb eines anderen Studienabschlusses im Ausland 

geführt haben oder führen sollen**. 

* siehe hierzu auch die Verfahrensregelungen vom 7.2.2007 und 02/2007 

** siehe hierzu auch die Verfahrensregelung 01/2008 



Vorlesungsangebot 7. Semester 

SS 

Sem. 

7 

• Flugzeug- & Flugkörperaerodynamik I 

• Gasdynamik 

• Aeromechanik des Hubschraubers 

• Grenzschichttheorie 

• Grdl. der num. Strömungsmechanik 

• Hyperschallströmung & -flug I 

• Strömungsvisualisierung 

• Strömungsinstabilitäten 

• Ein- und Mehrphasenströmungen 

(nicht SS12, evtl. WS12/13) 

• CFD-Anwendungsseminar 

• CFD-Programmierseminar 

• Profilseminar 



Vertiefung / Wahl 

Vorl. 

2 

2 

2 

2 

2 

2 

1 

2 

2 

1 

1 

- 

Üb. / 

Sem. 

1 

1 

- 

1 

1 

- 

- 

- 

- 

2 

2 

2 

Prf. 

s 

s 

s 

s 

s 

m 

m 

m 

m 

m 

m 

m

Vorlesungsangebot 8. Semester 

WS 

Sem. 

8 

• Flugzeug- & Flugkörperaerodyn. II 

• Aeroakustik 

• Strömungsversuchs- und Messtechnik 

• Differenzen-Verfahren hoher Genauigkeit 

• Discontinuous-Galerkin-Verfahren 

• Industrielle Aerodynamik 

• Umweltaerodynamik (t.b.c.) 

• Numerische Strömungsvisualisierung 

• Hyperschallströmung & -flug II 

• Aerodynam. Auslegungsaspekte (t.b.c.) 

• Turbulenzmodellierung für techn. Ström. 

• Profilentwurf 

• Zugehöriges Seminar 

• CFD-Anwendungsseminar 



Vertiefung / Wahl 

Vorl. 

2 

2 

2 

2 

2 

3 

2 

2 

2 

2 

2 

1 

- 

1 

Üb. / 

Sem. 

1 

- 

1 

- 

- 

- 

- 

- 

- 

- 

- 

- 

2 

2 

Prf. 

s 

s 

m 

m 

m 

m 

s 

m 

m 

m 

m 

m 

m 

m

Einblick in die aktuelle Forschung 7.+8. Semester 

Das IAG bietet eine Reihe von Seminaren an, die Einblicke in aktuelle Forschungsthemen 

ermöglichen. 

Zielgruppe: 

- Studien- und Diplomarbeiter/innen 

- HiWis 

- interessierten Studenten/innen (auch aus anderen Vertiefungen) 

Umfang: 

- 1-2 SWS 

- regelmäßig bzw. gemäß Aushang 

- interne und externe Vorträge, Vorträge zu SA, DA, Doktorarbeiten 

- keine Prüfungsleistungen, nicht für die Vertiefung anrechenbar 

Veranstaltungen: 

- Seminar zu Mehrphasenströmungen (in Zusammenarbeit mit ITLR) 

- Seminar zu Discontinuous-Galerkin-Verfahren 

- Seminar Transition 

- Seminar für experimentelle Strömungsmechanik 

- Doktorandenseminar 

- Seminar für Studien- und Diplomarbeiten 



Überblick über die Vorlesungsinhalte 



- Teil 1 - 

Numerik

CFD im 7. Semester 

Numerische Simulation 

Heute eine der zentralen Methoden in Forschung und Entwicklung: 

Zeitersparnis, Kostenreduktion 

Vorlesungen am IAG im 7. Semester haben die Ziele 

1. Studierende kennen 

die aktuellen numerischen Verfahren im Bereich CFD und ihre 

Eigenschaften, Beschränkungen und Grenzen der Simulation 

Vorlesung: Grundlagen der numerischen Strömungsmechanik 

2. Studierende gewinnen eigene Erfahrung in der numerischen Simulation 

Seminar: CFD-Anwendungsseminar (Aerodynamik-Code Tau) 

CFD-Programmierseminar (IAG-Rechenprogramm) 

3. Ein- und Mehrphasenströmungen: Modellierung und Anwendung in 

der Industrie 



Grundlagen der numerischen Strömungsmechanik, 7. Sem. 

Kurs: Grundlagen der numerischen Strömungsmechanik 

Umfang: 2 SWS Vorlesung, 1 SWS Übungen im SS 

Dozent: Claus-Dieter Munz 

Prüfung: schriftlich 

Inhalt: Standard-Verfahren der numerischen Strömungsmechanik 

I Methoden für kompressible Strömungen (2/3) 

kompressible Navier-Stokes-Gleichungen 

Shock-Capturing Verfahren, explizit-implizit 

II Methoden für inkompressible Strömungen (1/3) 

inkompressible Navier-Stokes-Gleichungen 

Druck-Korrektur-Verfahren 

III Ausblick 

Verfahren höherer Ordnung, Lärmberechnung 



CFD-Programmierseminar 7. Semester 

Kurs: CFD-Programmierseminar 

Umfang: 3 SWS 

Dozent: Claus-Dieter Munz, Andreas Stock, 

Katharina Benkert, HLRS 

Prüfung: mündlich 

Zielsetzung: 

Die Teilnehmer erlangen ein tieferes 

Verständnis moderner numerischer Verfahren, 

wie sie in der CFD eingesetzt werden - eigene 

Programmierung vermittelt Programmiererfahrung 

und befähigt zur Mitwirkung an der 

Entwicklung derartiger Programme 

Bearbeitung der Aufgabe auf Instituts-Laptops 



CFD-Programmierseminar 7. Semester 

Behandelte Themen: 

� Finite-Volumen-Verfahren auf allgemeinen 

Gittern 

� Flussfunktionen 

� Rekonstruktion und Limitierung 

� Zeitdiskretisierung 

� Grundlagen der Gittergenerierung 

� Programmierung in Fortran 95 

� Parallelisierung 



Mehrphasenströmungen 7. oder 8. Semester 

Kurs: Ein- und Mehrphasenströmungen: Modellierung und Anwendung 

Umfang: 2 SWS im SS 

Dozent: Uwe Iben, Robert Bosch GmbH, Lehrauftrag 


Inhalt: Physikalische und mathematische Modellierung von 

Mehrphasenströmungen 

Typisches Beispiel: Strömungen in Einspritzanlagen mit Kavitation, 

Strömungsmechanische und thermodynamische Grundlagen 

Gleichungen für Mehrphasenströmungen 



CFD im 8. Semester 

in Richtung CFD-Forschung 

Welche Methoden, welche Möglichkeiten gibt es in der Zukunft? 

Vorlesungen am IAG im 8. Semester haben das Ziel 

1. Einblick in die aktuelle Entwicklung von numerischen Methoden 

starke Forschungsaktivitäten im IAG, Projekte 

Vorlesungen: Verfahren hoher Ordnung 

2. Numerische Strömungsmechanik und mathematischer Hintergrund 

Gemeinsame Vorlesung mit der Mathematik 

Vorlesung: Mathematische Methoden in der Strömungsmechanik 



Verfahren höherer Ordnung 8. Semester 

Kurs: Differenzen-Verfahren hoher Genauigkeit 

Umfang: 2 SWS 

Dozent: Markus Kloker 


Inhalt: Differenzen-Verfahren 

Optimierungsstrategien für hohe Genauigkeit: Low Dissipation/Dispersion, 

Zeitintegrationsverfahren, kompakte Finite Differenzen, Fourier- 

Spektralmethode, 

FD-Zeitschrittverfahren hoher Genauigkeit für die Advektions- 

Diffusionsgleichung 

Anwendung: Instationäre Probleme: Transition, Aeroakustik, 

Strömungskontrolle, strukturierte Gitter, einfache Geometrien; 

High Performance Computing 




Kurs: Discontinuous-Galerkin-Verfahren 

Umfang: 2 SWS 

Dozent: Gregor Gassner 


Inhalt: Discontinuous-Galerkin-Verfahren 

Grundlagen Interpolation und Projektion, verschiedene 

Polynomdarstellungen, 

Unstetige Approximationen im Finite-Elemente-Verfahren, einfache 

Erhöhung der Ordnung 

Anwendung: Unstrukturierte Gitter, komplexe Geometrien, hohe 

Genauigkeit, Adaptivität, High Performance Computing 







Erdgasstrahl im Einspritzrohr bei einem gasgetriebenen Motor 




Lärmausbreitung an einer Hochauftriebskonfiguration 



Überblick über die Vorlesungsinhalte 



- Teil 2 -

Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik 7. & 8. Semester 

Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik I 

(7. Semester, 2 SWS Vorlesung, 1 SWS Übungen, 

Pflicht im Rahmen der Strömungslehre-Vertiefung) 

Flugzeug- und Flugkörperaerodynamik II 

(8. Semester, 2 SWS Vorlesung, 1 SWS Übungen) 

Dr.-Ing. Thorsten Lutz 

Zimmer: 1.29 

Tel.: 685-63406 

Email: lutz@iag.uni-stuttgart.de 

Internet: http:/www.iag.uni-stuttgart.de/luftfahrzeugaerodynamik 




Einleitung 

- Kompressibilitätseffekte 

- Potentialgleichung 

- Ähnlichkeitsregeln 

Unterschallaerodynamik 

- Profilaerodynamik 

- (erw.) Traglinientheorie 

- Wirbelleiterverfahren 

Überschallaerodynamik 

- Profilumströmung 

- kegelige Strömung 

- Singularitätenmethode 

Pfeilflügel 

Nichtlineare Aerodynamik 




Programm AERO 

http://www.iag.uni-stuttgart.de/IAG/institut/abteilungen/luftfahrzeugaerodynamik/aero_contents.html 

M. Heß: Erstellung eines Programms mit graphischer Benutzeroberfläche zur Behandlung vereinfachter Verfahren der Flugzeug-Aerodynamik 

S. Schmid: Implementierung eines einfachen Panelverfahrens in das graphisch interaktive Programm AERO 

M. Redlich: Implementierung eines Wirbelleiterverfahrens in das graphisch interaktive Programm AERO 

S. Baumeler: Erweiterung des grafisch interaktiven Programmes AERO zur Berechnung von Leistungspolaren von Tragflügeln 

T. Scholz: Erweiterung des grafisch interaktiven Programmes AERO zur Berechnung der Überschallumströmung von Profilen 



Gasdynamik 

Vorlesung: 7. Semester, 3 SWS, schriftlich 

Dozent: 

Dr.-Ing. Uwe Gaisbauer 

Zimmer: 

Tel.: 

e-mail: 

Sprechstunden: 



„Die Gasdynamik stellt als Lehre 

von den Strömungen 

zusammendrückbarer Medien die 

allgemeinste Form der 

Strömungslehre dar.“ 

Prof. Dr. Klaus Oswatitsch, 1952 

2.51 (Messhaus) 

685-63431 

uwe.gaisbauer@iag.uni-stuttgart.de 

nach Vereinbarung

Gasdynamik 7. Semester 

1. Thermodynamische Grundlagen 

• Physikalische Eigenschaften von Gasen 

• Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 

• Isentropenbeziehungen 

• Impuls- und Energiesatz; Busemann-Crocco Beziehung 

A. Busemann 



William Thomson, Lord Kelvin



2. Stationäre, kompressible Strömungen 

• Schallgeschwindigkeit 

• Einige Folgerungen aus dem Energiesatz 

• isentropes Ausströmen: das Ausströmdiagramm 

• Zustandsänderungen über den senkrechten Stoß 

• Strömung mit Reibung (Fanno) 

• Strömung mit Wärmeaustausch (Rayleigh) 






3. Schräge Verdichtungsstöße und Expansionswellen 

• Schräger Verdichtungsstoß, starke und schwache Lösung 

• isentrope Kompression, Expansionswellen 

• Reflexion und Kreuzung von stationären Wellen – Sonderfälle 



D=0 mm 

Entropie- 

trennschicht 

D 

D=45 mm




3. Schräge Verdichtungsstöße und Expansionswellen 

4. Instationäre Wellen 

• theoretische Ermittlung der Gaszustände 

• instationäre Stoß- und Expansionswellen 

(am Beispiel des einfachen Stoßwellenrohres) 

• der Stoßwindkanal des IAG nach A. Weise 



Hyperschallströmung und -flug 7. & 8. Semester 

Kurs: Hyperschallströmung und -flug I, II (Vertiefung) 

Umfang: 2 SWS jeweils im SS (I) und WS (II), total 4 SWS 

Dozent: Kloker 


Inhalt: I Reibungsfreie Hyperschallströmung 

Geschwindigkeits-Höhendiagramm 

Druckbeiwert, Totaldruckverlust: strömungsphysikalische Bedeutung 

Lokale c p -Methoden: Newtonsche Theorie 

Ähnlichkeit 

Konische Strömungen: Kreis-, Ellipsenkegel 

Numerischen Methoden 

II Reibungsbehaftete Hyperschallströmung 

Grenzschichten: Platte, Kreiskegel, Staupunktströmung 

Laminar-turbulente Transition und Vorhersage 

Grenzschicht-Außenströmungs-Wechselwirkung 

III Hochtemperatureffekte 

Thermochemische Zustände: Mol-Vibrationsanregung, Dissoziation 



Hyperschallströmung und -flug 7. & 8. Semester 

Wann welche Körpergrundform 

und warum? 

Grenzschicht- 

Außenströmungs- 

Wechselwirkung: 

Aerospike - 

Reduzierung des 

aerodynamischen 

Widerstandes für eine 

sonst stumpfe, gering 

wärmebelastete Form 



Rezirkulationsgebiet 

Frontstoß 

Mach 7, Dichte 

Ablösestoß Wiederanlegestoß 

Temperatur 

Geschwindigkeit 

T

Hubschrauber-Aeromechanik 7. Semester 

Vorlesung: Hubschrauber-Aeromechanik 

(Sommer-Semester, 2 SWS Vorlesung) 

Dozent: Dr. Manuel Keßler 



Zimmer: 0.37 

Tel.: 685-63419 

Email: kessler@iag.uni-stuttgart.de 

Internet: http://www.iag.uni-stuttgart.de 

Prüfung: Schriftlich als Vertiefungsfach oder mündlich 

als Wahlfach 

Sprechstunde: nach Vereinbarung


Vorlesungsinhalt 

1 Einleitende Bemerkungen 

2 Einführung in die Hubschraubertechnik 

3 Aerodynamik des Rotors im 

Schwebe- und Senkrechtflug 

4 Aerodynamik des Rotors im Vorwärtsflug 

(Unsymmetrie der Anströmung, instationäre Luftkräfte, 

Schlag- und Schwenkbewegung der Rotorblätter) 

5 Lärmentstehung und Maßnahmen zur Lärmreduktion 

6 Numerische Methoden zur Berechnung der Aerodynamik 

(Blattelemententheorie, Panelverfahren, Euler- und Navier- 

Stokes-Methoden) 



Cierva_C30A_autogiro


7 Grundlagen der Rotordynamik 

(Rotorsysteme, Blattwinkelverstellung und Rotorsteuerung, 

Dynamik der Schlag- und Schwenkbewegung, Koppeleffekte 

bei gelenklosen Rotoren mit elastischen Bauelementen) 

8 Kopplung von Aerodynamik und Rotordynamik 

(Dynamische Gitter, Kopplungsschemata von Struktur- und 

Strömungslöser, Trimmproblematik) 

Ziel: Vermittlung von Erkenntnissen zum Verständnis 

• der instationären, dreidimensionalen und transsonischen 

Aerodynamik, 

• der hochgradig nichtlinearen Dynamik und 

• deren komplexer Kopplungseffekte sowie 

• der Auswirkungen dieser Effekte auf die Flugleistungen und 

Flugeigenschaften des Hubschraubers 









Grenzschichttheorie 7. Semester 

Grenzschichttheorie 2 SWS V + 1 SWS Ü 

Apl. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rist 

Institut für Aerodynamik und Gasdynamik 

Zi. 0.22, Tel. 63432, rist@iag.uni-stuttgart.de 

Motivation & Zielsetzung 

• Reibungseffekte auf wandnahe Schichten beschränkt 

• Erklärung des Widerstands 

• Ablösungsphänomene 

• Laminar-turbulente Transition 

• Vorstellung generischer Lösungen (analytisch, empirisch) 

• Vorstellung der Grundzüge numerischer Lösungsverfahren 

• Temperatur- und Kompressibilitätseffekte 

• Basis zum Verständnis komplexerer Probleme 



Grenzschichttheorie 7. Semester 

laminare Grenzschicht 

• glatt & gleichmäßig 

• kann zweidimensional sein 

• geringe Wandreibung 

• löst leicht ab 

• schlechtes Mischungsverhalten 

turbulente Grenzschicht 

• rau & zufällig 

• dreidimensional 

• hohe Wandreibung (Widerstand & Aufheizung) 

• löst schwer ab 

• gutes Mischungsverhalten (Verbrennung) 



Strömungsinstabilitäten 7. Semester 

Kurs: Strömungsinstabilitäten und laminar-turbulente Transition 

(Vertiefung) 

Umfang: 2 SWS im SS 

Dozent: Kloker 


Inhalt: Review of the routes to “turbulence” 

any unsteady flow is a consequence of an instability of the underlying 

steady base flow if unsteady excitation is small or absent 

Introduction of primary instability theory of laminar shear flows: 

modal exponential disturbance growth of wave-like disturbances, 

Orr-Sommerfeld Equation, 

non-modal, transient growth 

Transition prediction: exp(N) method based on OSE 

Discussion of the influence of wing sweep, Mach number, wall 

temperature 

Weakly nonlinear state: spectral and local secondary instability 

theory 

Fully nonlinear mechanisms: formation of (dynamical) structures 

Discussion of some transition control methods 




Standard scenario (A) for a 2-d flat-plate boundary layer 

U ∞ 

sound 

oncoming 

roughness, 

vibrations 

distubances receptivity 

for small initial disturbances: 



U(y) 

primary 

instability 

boundary-layer 

thickness 

laminar transitional turbulent 

TS modes 

secondary 

instability 

turbulent 

lam 

fundamental / subharmonic 

resonance, 

Λ vortices 

log c f - log Re x 

turbulence


• Orr-Sommerfeld equation: TS-waves that represent downstream travelling 

“infinitely small spanwise vortices” can grow exponentially in a shear flow 

• Stability diagram (2-d waves): instability inside “banana” 

• Strong “inviscid” instability exists if the base-flow profile U(y) has an 

inflection point (IP) and at this point the modulus of the spanwise vorticity 

(~|dU/dy|) has a maximum as, e.g., for Falkner-Skan profiles with β H 0 

dP/dx=0 

dP/dx


U 

U 

Instability examples 

(Direct Numerical Simulation, snapshots) 

2-d boundary layer: hi-shear layer on Λ-vortex 

longitudinal cut, spanwise vorticity 

2-d shear wake past a plate: vortex pairing 

longitudinal cut, spanwise vorticity 



U s 

3-d boundary layer on a 

swept wing: crossflowvortex 

secondary instability


Instability examples 

(DNS, animated) 

dynamical, complex, challenging 



u s 

w s

Numerische Strömungsvisualisierung 8. Semester 

Numerische Strömungsvisualisierung 

Apl. Prof. Dr.-Ing. Ulrich Rist 


Zi. 0.22, Tel. 685 63432, rist@iag.uni-stuttgart.de 

Ziele: � kritischer Umgang mit Visualisierungsprogrammen 

� Aufzeigen von Fehlermöglichkeiten 

� Stand der Entwicklung 

� keine Programmierung 

� Hintergrundwissen 

Motivation: � zunehmender Einsatzbedarf 

� tägliches Werkzeug im Beruf 

� „Black-Box“-Problem 



2 SWS





Einleitung Definition, Einordnung, Beispiele 

Datenbasis 3D instationär, diskret im Raum, 

Simulation oder Experiment 

Mathematische Interpolation, Integration, 

Grundlagen Differentiation 

Grundlegende gängige und spezielle Verfahren 

Darstellungsarten 

Computergrafische Farbe & Darstellung 

Grundlagen 

Typische Probleme Grundlagen, Möglichkeiten und 

Grenzen der Verfahren 

Strömungsstrukturen Topologie, Wirbel, Stöße, etc. 

Aktuelle Forschung und Entwicklung 



Strömungsversuchs- und Messtechnik 8. Semester 

Strömungsversuchs- und Messtechnik 

W.Würz, U.Gaisbauer, B.Peters 

www.iag.uni-stuttgart.de/laminarwindkanal 

V 39185, Wintersemester 

Di.: 10:30 – 12:00 

2 SWS Vorlesung + 1 SWS Labor 

Prüfung mündlich 



Messstrecke Laminarwindkanal


Grundlagen 

Windkanäle Einsatzbereiche, Windkanalkorrekturen 

Messverfahren Messkette, Messfehler, Statistik 

Digitale Datenerfassung AD-Wandler, Signalkonditionierung, FFT 

Messmethoden 

Kraftmessung Aufnehmer, Windkanalwaagen 

Druckmessung Sonden, Druckmessgeräte 

Temperaturmessung Thermoelemente, Hitzdrähte 

Schubspannungsmessung Preston-Verfahren, Schubspannungswaage 

Geschwindigkeitsmessung Anemometer, LDA, PIV 

Optische Verfahren Lichtschnitttechnik, Tracer 

Schlierenoptische Methode, Interferometrie 




Bauformen Windkanäle Large-Low-Speed Facility, DNW 

Messkette und Signalverarbeitung 



Wandeinflüsse, Korrekturen 

J.B. Barlow, W.H. Rae, A. Pope: Low-Speed Wind Tunnel 

Testing, Wiley Interscience New York (1999) 

Strömungssonden, Druckaufnehmer


LDA: 



Laser Doppler Anemometrie 

Particle Image Velocimetry (PIV) 

Mach-Zehnder Interferometer

Strömungsvisualisierung 7. Semester 

Experimentelle Strömungsvisualisierung 



W. Würz 

www.iag.uni-stuttgart.de/laminarwindkanal 

Laminare Ablöseblase 

V 39205, Sommersemester, Mi.: 11:30 – 12:15 

1 SWS Prüfung mündlich

Strömungsvisualisierung 7. Semester 

Grundlagen 

Optisches System "Auge„ 

Video- und Messkameras 

Definitionen von Strömungslinien 

Qualitative Strömungsvisualisierung 

Lichtstreuung / Folgeverhalten von 

Tracern 

Laserlichtschnittverfahren 

Rauch / Farb- Eingabe 

Wandanstrich-Verfahren 



Zeitlinien 'Visualized Flow', T.Kobayashi, 1988 

Farbeingabe, Freistrahl R.M.Kelso et.al. 1992

Strömungsvisualisierung 7. Semester 7. Semester 

Quantitative Strömungsvisualisierung 

Druck / Temperatursensitive Farbe (PSP, TSP) 

Beschichtung mit Flüssigkristallen 

Thermografie zur Transitionsbestimmung 

Flächige Druckmessung mit PSP, © DLR-Göttingen 



Infrarotaufnahme Profilgrenzschicht

Industrielle Aerodynamik 8. Semester 

Industrielle Aerodynamik 

„Anwendung der Aerodynamik an Dingen, die eigentlich 

nicht fliegen (sollten)“ 

Dozent: 

(8. Semester, 3 SWS Vorlesung, mündlich) 

Dr.-Ing. Uwe Gaisbauer 

Zimmer: 

Tel.: 

e-mail: 

Sprechstunden: 



2.51 (Messhaus) 

685-63431 

uwe.gaisbauer@iag.uni-stuttgart.de 

nach Vereinbarung

Industrielle Aerodynamik 8. Semester 

1. Einführung 

2. Innenströmung 

(Rohrströmung, Düsen, Diffusoren, verzweigte Systeme, Armaturen…) 

Ablösung am 

Nabendiffusor 

3. Schmiermittelreibung 

4. Fahrzeugaerodynamik 

(hist. Überblick, Grundkörper, Anbauteile, Spoiler, Rennfahrzeuge, Nutzfahrzeuge, 

Tunnelfahrten, Be- und Entlüftungsprobleme) 

5. Bewegung von Feststoffteilchen in Fluiden 

(Grundgleichungen, Zyklone, Windsichter, pneumatische Förderung, Winkler- 

Schwebebett, pneumatischer Transport) 



Totwasser hinter 

einem 

Fließheckfahrzeug 

Stromlinienwagen – 

P. Jaray 

Rohrkrümmer mit und 

ohne Flügelgitter

Aeroakustik der Luft- und Raumfahrt 8. Semester 

Aeroakustik der Luft- und Raumfahrt 

Dr. Manuel Keßler 


Zi. 0.37, Tel. 685 63419, kessler@iag.uni-stuttgart.de 

Ziele: � Einordnung akustischer Phänomene 

� Verständnis grundlegender Eigenschaften 

� Experimentelle und numerische Vorgehensweise 

� Stand der Entwicklung 

� Hintergrundwissen 

Motivation: � zunehmende Bedeutung in der Entwicklung 

� wachsendes Verständnis der Mechanismen 

� starke Nachfrage aus der Industrie 



2 SWS







Inhalte 

Einführung Definition, Motivation, Phänomene 

Eigenschaften Quantitative Beschreibung, Wahrnehmung, 

Messtechnik 

Wellenakustik Wellengleichung, Schallgeschwindigkeit, 

Randbedingungen 

Schallausbreitung Kanalakustik, Inhomogenitäten, 

atmende & schwingende Kugel 

Generische Quellen Monopol, Dipol, Quadrupol, Fernfeld, 

Doppler-Effekt 

Strömungskopplung Akustische Analogie, 

Ffowcs Williams-Hawkings, Kirchhoff 

Numerik Quellen, Ausbreitung, Anforderungen

Profilentwurf 8. Semester 

Profilentwurf 

(8. Semester, 1 SWS Vorlesung, 2 SWS Seminar (WS + SS)) 

Einleitung 

Viskose Profilumströmung 

Profilumstr mung 

Profilprogramm von R. Eppler 

Auslegung von Laminarprofilen 

Profile für f r Segelflugzeuge 




Seminar Profilentwurf – Auszug früherer Themen 

R. Eppler Die Anfänge der Entwicklung von Laminarprofilen 

C. Mohr Profil für ein Thermik-Segelflugmodell 

O. Zeile Traglügel für einen Reno Air Racer 

A. Lerch Profilentwurf für ein Kunstflug-Segelflugzeug 

S. Fink Tragflügelprofil für eine Stratosphären-Plattform 

K. Käser Profil für ein fußstartfähiges Segelflugzeug 

S. Bogdanski Profilentwurf für ein kunstflugtaugliches Segelflugzeug 

S. Holdenried Profil für ein Segelflugzeug der Standard-Klasse 

K. Kuppinger Tragflügelprofil für ein Eigenbau-Wasser-Kleinflugzeug 

J. Stutzmann Profil für ein Nurflügler-Flugzeug 

J. Kauselmann Kielprofil für ein Admiral's Cup Segelboot 

W. Waimer Tragflügelprofil für ein Solar-Segelflugzeug 

F. Beck Tragflügelprofil für eine Höhenplattform 

H. Witt Profilentwurf für ein Marsflugzeug 

M. May Profil für ein Muskelkraftflugzeug 

. . . 




Vermessung ausgewählter Profile des Seminars im Modell-Windkanal 

Romano Soravia: 

Profil für ein 

schnelles 

Segelflugmodell 



CFD-Anwendungsseminar 7. (+8.) Semester 

Rahmenbedingungen 

� Praktikum im Rahmen der Vertiefung 

am IAG mit 3 SWS 

� Auf 15 Teilnehmer begrenzt 

� Bearbeitung der Aufgabe auf 

Institutslaptops 

� nicht als Wahlfach anrechenbar 

Zielsetzung: 

Die Teilnehmer sollen nach dem Seminar in 

der Lage sein eine Aufgabe aus dem 

Bereich 2D - Profilumströmung 

selbstständig mit aktuellen CFD - Tools zu 

bearbeiten und die Ergebnisse kritisch zu 

bewerten. 




Ablauf: 

� In 5 Vorlesungseinheiten werden die für die Praxis 

relevanten Aspekte der CFD – Verfahren behandelt. 

� In 3 – 4 Gruppenübungen werden die verwendeten 

Tools vorgestellt und die Benutzung anhand von 

Tutorials demonstriert. 

� Jeder Teilnehmer bekommt eine eigene Aufgabe aus 

dem Bereich der Profilaerodynamik, die selbstständig 

zu bearbeiten ist. 

� Abschließend wird von jedem ein benoteter Vortrag 

gehalten, der auch der Wissensvermittlung an die 

anderen Teilnehmer dienen soll. 

� Jeder Teilnehmer erstellt einen Bericht über seine 

Aufgabe der ebenfalls in die Note einfließt. 




Behandelte Themen: 

� Motivation und Bedeutung von CFD – Verfahren 

� Die Navier – Stokes – Gleichungen 

� Die Diskretisierung der NS-Gl. mit Hilfe der 

Finite – Volumen – Methode 

� Turbulenzmodellierung 

� Gittergenerierung 

� Grenzschichten 

� Profilaerodynamik (Erweiterung zu Aero I) 




Einige Themenbereiche der Aufgaben: 

Einfluss numerischer Parameter auf die Lösung: 

� Verschiedene Turbulenzmodelle & Diskretisierungsschema 

� Vergleich von NS- mit Eulerrechnungen und anderen Tools (X-Foil, Aero, …) 

Physikalische Aspekte der Profilumströmung: 

� Einfluss von Ma- und Reynoldszahl auf die Unströmung 

� Vergleich verschiedener Profilgeometrien 

� Klappenwirkungsgrad, …

Folien zur Vorstellung der Vertiefungsvorlesungen - IAG

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