Diskontinuierliche Galerkin Methoden für inkompressible Mehrphasenströmungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Florian Kummer
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Softwaretechnik und Programmiersprachen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230990002

Bei vielen technischen Auslegungsprozessen, etwa im Motor- oder Turbinenbau, sind Fragestellungen aus dem Bereich der Mehrphasenströmungen von zentraler Bedeutung. Dabei handelt es sich um Strömungen mit mindestens zwei Flüssigkeiten oder Gasen, welche sich nicht ineinander lösen (z.B. Öl in Wasser oder Wasser in Luft). Technisch relevante Beispiele hierfür sind die Zerstäubung von flüssigen Kraftstoffen mittels Einspritzdüsen oder Filmlegern oder auch Verdampfungsprozesse.Die numerische Simulation derartiger Strömungen ist nach wie vor Gegenstand aktueller Forschungen. Insbesondere ist die Abbildung des Dichtesprungs sowie aller weiteren daraus resultierenden Unstetigkeiten im Geschwindigkeits- und Druckfeld numerisch herausfordernd.Im Rahmen dieses Forschungsprojekts sollen Mehrphasen-Löser entwickelt werden, welche auf der Diskontinuierlichen Galerkin (DG) Methode beruhen. Diese wird dahingehend erweitert Dichtesprünge innerhalb einer numerischen Zelle abbilden zu können. Damit kann die hohe Genauigkeit (d.h. die hohe Fehlerkonvergenzordnung) des originalen DG-Verfahrens auf Mehrphasenströmungen ausgedehnt werden.Das Grundgerüst der erweiterten DG-Methode ist bereits im BoSSS-Softwarepaket implementiert; im ersten Teil dieses Projekts sollen nun zwei Mehrphasenlöser mit unterschiedlicher Zeitdiskretisierung implementiert werden. Im speziellen werden ein Mehrphasen-SIMPLE-Verfahren sowie eine Mehrphasen-Projektionsmethode vorgeschlagen.Der zweite Teil des Projekts beschäftigt sich mit der Performance-Optimierung der im ersten Teil formulierten Verfahren. Dies beinhaltet sowohl eine Optimierung der Algorithmen als auch eine Verbesserung der Software-Implementierung. Insbesondere ist geplant, rechenintensive Teile des BoSSS-Codes für sog. `Graphics Processing Units' (GPU‘s), welche in aktuellen Hochleistungsrechnern vermehrt zum Einsatz kommen, zu portieren.Im dritten Teil sollen exemplarisch einige technisch relevante Problemstellungen simuliert werden. Dies beinhaltet z.B. primären Strahlzerfall (wie bei Einspritzdüsen), Tropfendynamik und vorgemischte Verbrennung.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Parviz Moin; Professor Dr. Tim Warburton