Least-Squares Fluid-Struktur-Interaktion für inkompressible Strömungsprozesse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Schröder; Dr.-Ing. Alexander Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 342697063

Die vielversprechenden Fluid-Struktur-Interaktions (FSI) Ansätze der ersten Förderperiode sollen im Rahmen der hier beantragten Folgeförderung weiterentwickelt werden, um zuverlässige und effiziente Simulationswerkzeuge für komplexe und realitätsnahe Prozesse bereitzustellen. Ein notwendiger erster Schritt auf dem Weg zur Berechnung von realistischen Problemen ist die Erweiterung der untersuchten Spannungs-Geschwindigkeits (SV) Formulierungen auf drei Dimensionen. Dies inkludiert die Generierung von H(div)-konformen vektorwertigen Interpolationsansätzen höherer Ordnung in 3D. Im nächsten Schritt werden Algorithmen zur adaptiven Netzgenerierung für zeitabhängige Probleme konzipiert. So kann durch lokale Netzverfeinerung sowie -vergröberung eine Effizienzsteigerung erreicht werden. Ein zentraler Arbeitspunkt wird die Erweiterung der Fluid Formulierung auf das Gebiet turbulenter Strömungen, welches im Bereich der Least-Squares FEM weitgehend unerforscht ist. Hierzu werden verschiedene Turbulenzmodelle, wie beispielsweise das Spalart-Allmaras und das k-epsilon Modell, implementiert und validiert. Komplettiert wird das Portfolio mit einer SV-Formulierung für nichtnewtonsche Flüssigkeiten in Kombination mit der Einbindung von experimentellen Daten zur Erhöhung der Genauigkeit und Robustheit der hochgradig nichtlinearen Probleme. Abschließend werden die entwickelten Ansätze anhand komplexer FSI-Simulationen hinsichtlich ihrer Effizienz mit etablierten Methoden verglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen