Thermodynamisch stabile Multiskalenmethoden mit diffuser Grenzfläche, mit Anwendungen für Schwappströmungen

• Antragsteller: Dr. Marco ten Eikelder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566600860

Robuste Computersimulationen inkompressibler Multi-Fluid-Strömungen stellen hohe Anforderungen an zwei Komponenten, nämlich die Grenzflächenbeschreibung sowie die Modellierung kleinskaliger Effekte. Existierende Modellierungsansätze für turbulente Einflüssigkeitsströmungen sind gut untersucht, ihre Ausweitung auf die anspruchsvollen Mehrflüssigkeitsprobleme bleibt jedoch weitgehend unerforscht. Dies ist vor allem auf das Zusammenspiel der beiden Komponenten zurückzuführen; Kleinskalige Effekte können die topologische Struktur der Grenzfläche verändern. Das vorgeschlagene Projekt basiert auf der Hypothese, dass eine thermodynamisch stabile Multi-Fluid Multi-Skalen Methode die Simulationsqualität turbulenter Multi-Fluid-Strömungen deutlich verbessern kann. Zu diesem Zweck werden wir das kürzlich vorgeschlagene konsistente Navier-Stokes-Cahn-Hilliard-Modell (NSCH) mit der variationelle Multiskalenmethode (VMS) kombinieren. Dieses NSCH-Modell erfasst topologische Übergänge durch die Beschreibung diffuser Grenzflächen und ist das erste thermodynamisch stabile Modell, das auf natürliche Weise aus der Kontinuumsmischungstheorie hervorgeht. Andererseits stellt das VMS ein vielversprechendes Werkzeug für die Finite-Elemente-Simulation turbulenter Strömungen dar, bei denen praktische Netzweiten winzige turbulente Wirbel nicht auflösen können. In diesem Projekt werden wir das NSCH-Modell mit der VMS zusammenführen, um einen Simulationsrahmen für Schwappströmungen zu entwerfen, der kleinskalige Effekte an der Flüssigkeitsgrenzfläche genau berücksichtigt. Der neuartige Ansatz wird in moderne Diskretisierungstechniken integriert, die auf isogeometrischen Finite-Elemente-Methoden höherer Ordnung basieren. Seine Leistung in Bezug auf Genauigkeit und Robustheit sowie sein Potenzial in industriellen Anwendungen werden anhand anspruchsvoller Simulationen von Schwappströmungen untersucht und demonstriert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Kooperationspartner: Professor Hector Gomez; Professor Kristoffer van der Zee, Ph.D.