Modellentwicklung der Grobstruktursimulationen für turbulente Gas-Partikel Strömungen

• Antragsteller: Professor Dr. Berend van Wachem
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457509672

Die meisten industriellen und natürlichen Prozesse von partikelbeladenen Gasströmen finden in einem turbulenten Strömungsfeld statt. Diese Strömungen können normalerweise in numerischen Simulationen genau vorhergesagt werden, indem die kleinsten turbulenten Längen- und Zeitskalen bis auf die Kolmogorov-Skalen aufgelöst und jedes Partikel einzeln mit dem Euler-Lagrange-Verfahren verfolgt wird. Für die meisten industriellen Prozesse ist jedoch eine solche direkte numerische Simulation (DNS) zu rechenintensiv. Eine gängige Alternative in Einphasenströmungen ist die Durchführung sogenannter Grobstruktursimulationen (LES), die die größten Strömungsstrukturen auflösen und die kleinen Strömungsstrukturen durch geeignete Modelle berücksichtigen. Obwohl LES in Einphasenströmungen etabliert sind, sind sie nicht direkt auf partikelbeladene Strömungen anwendbar, da die kleinen Strömungsskalen, die in einer LES nicht aufgelöst werden, das Partikelverhalten erheblich beeinflussen können. Darüber hinaus verändern die Partikel die aufgelösten und die nicht aufgelösten Strömungsstrukturen, weshalb die Modelle von Einphasen-LES in partikelbeladenen Strömungen im Allgemeinen nicht anwendbar sind. Während der ersten Projektphase haben wir neue LES-Modelle für unbeschränkte Strömungen entwickelt. In der nächsten Projektphase streben wir an, solche Modelle für wandgebundene Strömungen zu entwickeln. In diesem Antrag adressieren wir die drei wesentlichen Probleme von LES, angewandt auf partikelbeladenen Turbulenz: (i) Rekonstruktion des Feinstrukturgeschwindigkeitsfeldes, um genaue Partikelstatistiken zu erhalten, (ii) Modellierung des Einflusses der Partikel auf die aufgelöste und die nicht aufgelöste Turbulenz, und (iii) Vorhersage der korrekten Partikelkollisionsstatistiken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen