Wechselwirkung zwischen Verdichtungsstoß und kugelförmigen Partikeln: eine partikelauflösende numerische Studie kollektiver Effekte
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine Vielzahl technologisch relevanter Prozesse basiert auf der Interaktion zwischen Verdichtungsstößen und festen Partikeln, wie etwa das Beschichtungsverfahren durch Kaltgasspritzen und die pharmazeutische Wirkstoffverabreichung durch Stoßwellen. Wichtige Fragen in Bezug auf das zugrunde liegende partikuläre Strömungsproblem sind jedoch derzeit noch ungeklärt. Folglich sind auch die gängigen vereinfachten Modellansätze heutzutage nicht in der Lage, die relevanten Eigenschaften von kompressiblen Fluid-Partikel Systemen wirklichkeitsgetreu abzubilden. In diesem Projekt haben wir partikelauflösende numerische Simulationen durchgeführt in denen Stoßwellen uber eine Wolke mit O(103 ) kugelförmigen Partikeln hinwegfegen. Zu diesem Zweck haben wir eine Immersed Boundary Methode für kompressible Strömungen entwickelt, welche wir extensiven Validierungstests unterzogen haben. Unsere Datensätze liefern die Transportkoeffizienten an den Fluid/Partikelgrenzen (für Impuls und Wärme) wahrend des stoßinduzierten Transienten und im statistischen Gleichgewicht. Mithilfe unserer Daten haben wir gezeigt, dass es notwendig ist, die Mikrostruktur der Partikelphase (d.h. das lokale Arrangement der Partikel) zu betrachten, um die Streuung der Daten von Partikel zu Partikel beschreiben zu können, wobei die Sensitivität der Streuung gegenüber der Machzahl eher gering ausfällt. Daher kann erwartet werden, dass Modellansätze, welche für strikt inkompressible Strömungen entwickelt wurden (wie z.B. das Konzept der Überlagerung von benachbarten Nachläufen), grundsätzlich auf den kompressiblen Fall übertragbar sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Towards numerical simulation of finite-sized moving particles in compressible flow. In ICMF 2023, 11th Int. Conf. Multiphase Flow, Kobe, Japan, 2023
S.K. Nayak & M. Uhlmann
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Numerical investigation of compressible flow through a curtain of fixed particles with an immersed boundary method. PhD Thesis, Karlsruhe Institute of Technology
S.K. Nayak
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Numerical study of shock-wave interaction with a fully-resolved cloud of immobile particles. High Performance Computing in Science and Engineering, 27th Results and Review Workshop of the HLRS, Karlsruhe, Germany, 2024
S.K. Nayak & M. Uhlmann
