Das Phänomen der Fluid-Struktur Interaktion (FSI) spielt sowohl in der Natur, als auch in der industriellen Anwendung, in einer Vielzahl von Vorgängen eine wichtige Rolle. Mit der raschen Weiterentwicklung der Computertechnologie ist das Interesse an FSI-Simulationen innerhalb der letzten zehn Jahre beachtenswert angestiegen. Für diese Simulationen sind Effizienz und Genauigkeit sehr wichtige Aspekte, insbesondere wenn die Strömung turbulent ist, denn hier treten zusätzliche Berechnungskosten für die Modellierungsansätze der Turbulenz auf. Als Kopplungsansatz werden von Ingenieuren gerne sogenannte partitionierte Kopplungsmethoden verwendet, da diese die Modularität und Wiederverwendbarkeit bereits vorhandener Software ausnutzen können. Dabei wird die turbulente Strömung mit Hilfe von Modellen unterschiedlicher Komplexität und unterschiedlichen Anforderungen an die Computerressourcen simuliert. Im industriellen Kontext wird überwiegend mit Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) Modellen gearbeitet, denn Methoden, die die turbulenten Skalen auflösen, wie z.B. die Grobstruktursimulation (Large Eddy Simulation, LES), gelten wegen der hohen Anforderungen an die Rechnerressouren, als nicht durchführbar. Um eine möglichist hohe Genauigkeit mit einem akzeptablen Rechenaufwand zu erzielen, gewinnen die hybriden RANS-LES, die einen Kompromiss beider Methoden darstellen, immer mehr an Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, effiziente und zuverlässige FSI-Simulationen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck werden Validierungsuntersuchungen mit drei unterschiedlichen Modellierungsansätzen, die im fachgebietsinternen Strömungslöser FASTEST vorhanden sind, durchgeführt. In der Kopplungsumgebung wird das Strukturproblem mittels des Finite Elemente Programms FEAP gelöst, und die Daten zwischen FEAP und FASTEST mit den Kopplungstools MpCCI oder preCICE am "non matching grid interface" ausgetauscht und interpoliert.

Für diese Arbeit wurden die Turbulenzmodelle in FASTEST mit einer Implementierung des "Wall Adapting Local Eddy, (WALE)" -Viskositätsmodells für LES erweitert, und eine Validierungsstudie anhand eines zweidimensionalen, periodischen Hügel-Testfalls durchgeführt. Zur Bestimmung des Wandabstandes, der für einige Turbulenzmodelle benötigt wird, wurde eine sparsame, auf der Poisson-Gleichung beruhende, Methode implementiert und die Genauigigkeit der Methode unter der Verwendung von Berechnungen auf zwei stationären Gittern bestimmt. Auf bewegten Gittern ändert sich die Höhe der wandnächsten Zellen, damit kann die Wandbehandlung einiger Turbulenzmodelle unbrauchbar werden. Diesem Umstand wurde mit der Implementierung von Wandrandbedingungen entgegengewirkt, die unabhängig von der Position der ersten Zelle in der Wandschicht sind. Die Implementierung wurde an einer stationären Kanalströmung mit veränderten Wandzellhöhen getestet. Eine Studie der Methode mit einem FSI-Testfall zeigt zufriedenstellende Ergebnisse. Desweiteren wurden Validierungsuntersuchungen eines RANS und eines hybriden RANS-LES Ansatzes an zwei FSI-Testfällen durchgeführt. Die zwei- und dreidimensionalen RANS-Simulationen und die hybride RANS-LES zeigen für die Schwingungscharakteristik der Strukutr eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Ein weiterer FSI-Testfall wurde mit einer hybriden RANS-LES und einer LES auf sehr feinen Gittern berechnet. Die LES und die hybride RANS-LES auf unterschiedlichen, aber sehr feinen Gittern zeigen sehr ähnliche Ergebnisse mit einer zufriedenstellenden Vorhersage der Strukturbewegung.