Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines neuartigen skalenauflösenden Turbulenzmodells im Hinblick auf dessen numerische Validierung und die eingehende Analyse seiner prädiktiven Leistungsfähigkeiten unter den Bedingungen komplex interagierender Strömungs- und Wärmefelder, wie sie in thermotechnischen Zweiphasenströmungssystemen anzutreffen sind. Zur numerischen Erfassung der behandelten Phänomene, die eine Reihe an industriellen Strömungskonfigurationen charakterisieren und eine gekoppelte Modellierung mehrerer Strömungsfelder erfordern, gehören: hohe Turbulenzintensität und großräumige Instabilitäten,Wärmeübertragungsvorgänge und Interphasenwechselwirkung unter Berücksichtigung von Effekten, die durch freie Oberflächen verursacht werden. Ihre korrekte Erfassung übersteigt entweder die Möglichkeiten klassischer RANS-Modelle (Reynolds-Averaged Navier- Stokes) im Hinblick auf ihre inhärente zeitgemittelte theoretische Grundlage oder ist zu kostspielig für entsprechend gut aufgelöste LES- und DNS-Ansätze. Durch die gitterfreie Auflösung des Spektrums in einem entsprechenden Umfang wird erwartet, dass die wichtigsten Strömungsmerkmale direkt erfasst werden, während die nicht aufgelöste Turbulenz mit höchstmöglicher Genauigkeit modelliert wird. Für Letzteres eignen sich besonders die Modelle, die auf dem Konzept der Dynamik der Momente zweiter Ordnung der Geschwindigkeitsfluktuationen beruhen, wie in Jakirlić and Maduta, 2015 vorgestellt. Die zentrale Frage, die sich hinter den dargestellten Forschungsaktivitäten verbirgt, ist, ob die Genauigkeit und die wettbewerbsfähigen Ressourcen für die Modellleistung weit über den für die Kalibrierung und Entwicklung des Modells verwendeten Parameterraum hinaus erweitert werden können. Diese Dissertation befasst sich mit dieser Frage, indem sie einige spezifisch konfigurierte thermo-technische Strömungskonfigurationen unter Verwendung eines skalenauflösenden Turbulenzmodells höherer Ordnung (Improved Instability-Sensitive Reynolds-Stress Model, IIS-RSM) und zugehöriger numerischer Algorithmen im Kontext der ’Sensitized-RANS’ Methode untersucht. Insgesamt werden sechs komplexe Strömungskonfigurationen, die durch eine Vielzahl der oben genannten Phänomene charakterisiert sind, durch das eingesetzte Modellierungskonzept abgedeckt. Die wirbelauflösende Fähigkeit des Modells wird zunächst systematisch für eine Reihe kanonischer, aber relevanter Rohrkonfiguratio- nen getestet. Anschließend wird das IIS-RSM systematisch bei der Simulation der thermischen Vermischung in drei unterschiedlich konfigurierten T-Verbindungsstück-Konfigurationen validiert, die eine komplexe Strömungstopologie aufweisen, die sich aus strukturellen Variationen der Einströmeigenschaften und starken Temperaturgradienten ergibt, die verstärkte Turbulenzinstabilitäten verursachen. Darüber hinaus wurden die Strömungsfälle so gewählt, dass sie den größtmöglichen Bereich von Reynoldszahlen abdecken, die mit praktisch relevanten Betriebsbedingungen kompatibel sind. Das wirbelauflösende Reynolds-Spannungsmodell wurde mit dem EulerLagrange’schen methodologischen Verfahren gekoppelt, um dessen Eignung für die Vorhersage von Zweiphasen-Strömungssystemen zu bewerten. Dementsprechend wurden drei Gas-Flüssigkeits-Zweiphasen-Strömungskonfigurationen ausgewählt, die unterschiedlich angeordnete Blasensäulen und einen Blasenstrom darstellen, der durch einen austretenden Wasserstrahl erzeugt wird, der in eine Wasservorlage mün- det. Die letztgenannte Strömungskonfiguration, die bei einer hohen Reynoldszahl auftritt, ist durch eine strahlinduzierte Sekundärbewegung gekennzeichnet. Darüber hinaus werden Modellformulierungen zur Beschreibung der blaseninduzierten Turbulenz (Bubble-Induced-Turbulence, BIT), einschließlich des kürzlich von Ma et al., (2020) vorgeschlagenen Modells, zum ersten Mal als Teil des vollständigen Berechnungsmodells getestet, das in einem skalenauflösenden Modus arbeitet. Zusätzlich zu der allgemeinen Ergebnisinterpretation, die die Entwicklung globaler Eigenschaften und individueller Profile verschiedener Variablen zeigt, die die zugrunde liegenden Strömungs- und Wärmefelder sowie die Turbulenzgrößen charakterisieren, wird in der gesamten Arbeit die Proper-Orthogonal-Decomposition (POD) verwendet, um kohärente Strömungsmerkmale zu analysieren und zu extrahieren, um die dominierenden Strömungsmechanismen zu identifizieren. Alle Simulationsergebnisse zeigen ein hohes Maß an Genauigkeit im Vergleich mit den verfügbaren experimentellen- oder anderweitig ermittelten numerischen Referenzdaten. Sowohl die statistischen Eigenschaften der Strömung als auch ihr dynamisches Verhalten werden durch das Modell qualitativ und quantitativ korrekt erfasst, wobei die erforderliche räumliche und zeitliche Auflösung deutlich reduziert wird. Bei den Berechnungen der zweiphasigen Blasensäulen wird die Qualität der in früheren Studien gewonnenen Ergebnisse wiedergegeben, aber die Robustheit und Stabilität der Berechnungen wurden deutlich verbessert. Bestimmte Schwachstellen des Modells wurden identifiziert, und es wurden Hinweise für künftige Verbesserungen vorgeschlagen und in der Schlussfolgerung vorgestellt. Auf diese Weise erhält man ein zuverlässiges Berechnungsmodell, das in der Lage ist, eine Vielzahl von numerisch anspruchsvollen Strömungsphänomenen genau vorherzusagen.