Die vorliegende Arbeit gewährt Einblicke in die Strömungstopologie gängiger Rohrstrukturen basierenden auf der neu entwickelten Wasser Spinnen Geometrie (WSG). Diese repräsentiert eine generische Kühlkanalgeometrie eines Verbrennungsmotors und beinhaltet Strömungsumlenkung (90°-Rohrkrümmer), Strömungsteilung (T-Abzweigung) und Strömungszusammenfluss (umgekehrte T-Abzweigung). Die Basis bilden ressourcenschonende Grobstruktursimulationen (LES) innerhalb der Rohrstrukturen, die die in der Literatur anerkannten LES-Qualitätskriterien erfüllen. Die Strömungsdiskussion ermöglicht eine anwendungsorientierte Bewertung der Strömungstopologie mit Blick auf kritische wandabtragende Strömungszustände. Positionen ausgeprägter Oberflächendegradation der WSG, die in komplementär durchgeführten Experimenten detektiert wurden (siehe Klink et al., 2019, und Klink und Wegt, 2021), sind der Strömungstopologie zugeordnet und entsprechende Gegenmaßnahmen postuliert worden. Als Besonderheit ist die Wirbelidentifikationsmethodik nach Graftieaux et al. (2001) in die Strömungsdiskussion integriert, was die Identifizierung von charakteristischen Wirbelformationen sowie deren Entstehungsmechanismen ermöglicht.

Für weiterführende Untersuchungen innerhalb der WSG ist ein homogenes-Dissipations-Konzeot-basiertes, "elliptic-blending" relevantes Reynoldsspannungsmodell (EBM) formuliert, kalibriert und mit einer Vielzahl von bekannten Testfällen validiert worden. Die Formulierung orientiert sich an den Vorschlägen von Manceau und Hanjalic (2002) sowie Jakirlic und Maduta (2015) und kombiniert die vorteilhafte elliptische Prozedur für die Druckumverteilung mit dem homogenen spezifischen Dissipationsratenkonzept. Des Weiteren ist das Phänomen 'Backbending' in den betrachteten Testfällen durch eine Umformulierung der einfachen Gradientendiffusionshypothese (SGDH) zuverlässig vermieden worden. Die umfangreiche Validierungsstudie unter Einbeziehung der WSG demonstriert die Fähigkeit des EBM, eine Vielzahl von Strömungsphänomenen zu erfassen und bestätigt seine Eignung für weiterführenden Untersuchungen.