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Diskretisierung des turbulenten Konvektionsterms

Der turbulente Konvektionsterm ergibt sich nach (5.2) zu
 equation3670
Mit der diskreten, zeitlichen Ableitung (5.8) ergibt sich daraus für den Gitterpunkt (i,j,k):
equation3678
und damit die gesuchte Temperatur zum Zeitpunkt tex2html_wrap_inline14490
 equation3686

Der Anteil des turbulenten Transportes nach dem Surface Renewal Modell hängt damit, wie bereits erwähnt, nur von der Temperatur am betrachteten Punkt selbst ab. Er stellt daher keinen echten Transportterm, sondern einen Quell- bzw. Senkenterm (abhängig von der Temperatur des Tiefenwassers) der Transportgleichung dar. Dies zeigt bereits vor der Durchführung der Simulation, da\3 sich Wärmesenken durch Volumenemission und Oberflächenflüsse im Mittel genauso auswirken, wie ein erhöhter turbulenter Transport. Es ist daher wichtig, die natürlichen Flüsse unabhängig von der Messung der Laser-Abklingkurven zu bestimmen, um eine Aussage über den turbulenten Transport und damit über die Transfergeschwindigkeit von Wärme in Wasser machen zu können.

Bei der direkten Implementierung des Surface Renewal Modells nach (5.50) erhöht sich der Rechenaufwand gegenüber einer Simulation reiner Diffusion (5.36) nur geringfügig. Pro Gitterpunkt ist nur eine zusätzliche Multiplikation und eine Addition nötig.

Eine weitere Einsparung an Rechenzeit ergibt sich, wenn (5.50) direkt mit der vertikalen Diffusiongif nach (5.35) kombiniert wird:
 eqnarray3701
Damit ergibt sich die Temperatur nach einem Zeitschritt tex2html_wrap_inline14458 durch Diffusion und Turbulenz insgesamt zu
equation3733
d. h. einer Faltung der Temperaturverteilung vor dem Zeitschritt und einer zusätzlichen Addition. Als Bedingung gilt hierbei wiederum, da\3 nicht mehr Wärme die Box verlassen darf, als vor dem Zeitschritt in ihr enthalten war, d. h.
equation3746
Daraus folgt für die Lebensdauer tex2html_wrap_inline12236:
equation3752
Für den bereits festgelegten Zeitschritt der Diffusion von tex2html_wrap_inline14726s ergibt sich daraus eine minimale Lebensdauer von tex2html_wrap_inline14728s, die weit unter den zu erwartenden Werten von 0.1s bis 10s liegt.



Horst Haussecker
Tue Jan 14 19:32:36 MET 1997