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Moin,

hat jemand Erfahrungen mit der Berechnung von Landschaften unter Verwendung der entsprechenden Rauigkeitswerte nach DIN? Falls ja, wie kann man diese entsprechend in die Berechnung aufnehmen? Die Rauigkeit wird in Micrometer benötigt, die Angaben nach DIN für Landschaften sind in Meter. Kann man diese einfach umrechnen?

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Hallo Stefan.

Also probiert hab ich so was noch nie.

Ob die Problematiken beliebig skalierbar sind bezweifel ich ein wenig.
Man müsste wohl auch boundaries: real wall vergeben.

Kann man bei den zu untersuchenden Luftströmungen noch von kontinuierlich reden ?
Wie sieht es mit der Knudsen-Zahl aus ?

Vergleiche hier (aus der Knowledge Base):

Discussion
Computational Fluid Dynamics (CFD), including COSMOSFloWorks, is based on continuum flow, in which the number of molecules per unit volume is assumed large enough so that in general, the fluid properties could be assumed to vary continuously from point to point throughout a region.

For example at 14.7 psi  (1 atmosphere) the mean free path (mean distance between molecular collisions) is only 2.6e-6 in. The assumption of a continuum however breaks down at very low pressures where the mean free path becomes comparable or greater in length than the length of a body or other object under consideration. For example, at a pressure of 1.5e-5 psi, the mean free path increases to 2.5 inches. At this pressure, we can no longer speak of the fluid as a continuum.

The Knudsen number (Kn) relates the mean free path in a flow to the characteristic length of a body immersed in the flow.

Kn = l / L

Where:

l = mean free path (m)*
(* For particle dynamics in the atmosphere, and assuming standard temperature and pressure, i.e. 25°C, 1 atm, we have λ = 8×10-8 m. )

L = representative physical length scale (m)

For Continuum flows, Kn should be less than 0.01.

For instance, if your application is at 2e-5 psi the Kn is most likely greater than 0.01 and we can no longer speak of the fluid as a continuum.

Roland 

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* Keymaster of the Masterkey *

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Hallo Roland

und Danke für die schnelle Antwort. Ich habe zwar damals einmal Strömungslehre gehabt, aber das ist lange her und leider schon etwas wieder verblasst. Aber ich versuche einmal deine Frage zu beantworten.

Wir besitzen einen kontinuierlichen Luftstrom in dieser simulierten Momentaufnahme. Sprich wir simulieren eine Geschwindigkeit ohne den Zeitfaktor mit einzubeziehen und stellen den tatsächlichen Windböe nicht nach.Die Knudsen-Zahl sagt mir leider gar nichts, weswegen es mir schwerfällt hier spontan darauf zu antworten.
Hintergrund dieser Simualtionen soll sein, dass wir eine Standsicherheit von diversen Elementen auf einer freien Fläche, an oder auf Gebäuden usw. nachweisen möchten. Im einfachsten Fall besitzen wir also eine freie Fläche mit den entsprechenden Elementen versehen. In der Regel wird aber ein Gebäude als einfacher Quader verwendet und die Elemente befinden sich dann auf einem Flachdach. Mein Problem ist es, dass wir nur schwer die Umgebung in diese Berechnung mit einfliessen lassen können, da uns meistens die nötigen Informationen fehlen und es schlichtweg zu aufwendig wäre. Aber bei diesem Problem helfen uns diverse Baunormen, welche von Statikern für Berechnungen verwendet werden. Eine Norm gibt z.B. eine Rauigkeitslänge an, welche für die entsprechende Lage (auf Wasserflächen 0,0002m bis hin zum Standort in einer Großstadt mit 1,6m)Werte enthällt. 
Um Zeit zu sparen und Differenzen zwischen dem tatsächlichen Umfeld und dem nachgestellten Umfeld für die Simulation zu vermeidern, war meine Überlegung ob jemand Erfahrungen mit einer solchen "Umrechnung" hat und das vielleicht selbst so oder ähnlich in seinen Simulationen verwendet. Erste Proberechnungen haben zwar nur relativ geringe Unterschiede gebracht, aber genau darauf kann es in Einzelfällen ankommen.

Ich hoffe, dass mir jemand zu diesem ganz speziellen Problem eine Antwort oder zumindest eine Vermutung geben kann. Ich persönlich denke, dass die Umrechnung so einfach nicht zu machen ist. Aber die Hoffnung stirbt zuletzt ^^

Danke für die Hilfe.

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Moin Stefan,

um es gleich vorwegzunehmen:
Erfahrung mit Deiner konkreten Fragestellung hab' ich auch noch nicht gesammelt.

Ich würde mir eine Dummylandschaft mit der gewünschten Rauhigkeit aus "Klötzchen" bauen und das ausprobieren.

Die "Knudsen-Zahl" ist mir aus der Vakuumtechnik geläufig. Ein Fluid kann ich dann nicht mehr als Kontinuum betrachten, wenn die freie Weglänge der Moleküle in die Größenordnung des Rohrduchmessers kommt. Das ist eigentlich ohne weitere Erläuterung anschaulich klar; es gilt nicht nur für die Simulation, sondern z.B. auch Berechnungen zur Wärmeleitung. Bei Deiner Fragestellung sehe ich da keinen Einfluß.

Was für Dich eher von Belang sein könnte: Als ich spaßeshalber mal einen Kühlturm in freier Wildbahn simulieren wollte, war bei einer Kantenlänge der Domain von 1000 m endgültig Schluß. Und eine Kantenlänge von > 500 m konnte ich zwar noch rechnen, aber nur noch unter Einschränkungen darstellen. Ich schließe daraus, daß das bei Cosmos demnach auch nicht ausgiebiger getestet wurde und wäre mit den Ergebnissen entsprechend vorsichtig.

Gruß

Ron

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