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Immersed Boundary Method für Gasströmungen um bewegte Festkörper

Projektbearbeiter:
Prof. Dr. Michael Dumbser
Finanzierung:
Stiftungen - Sonstige;
In diesem Projekt wird ein neues diffuses Grenzflächenmodell für die numerische Simulation von kompressiblen Strömungen um feste und bewegte Festkörper beliebiger Form entwickelt. Es wird davon ausgegangen, dass es sich bei den Festkörpern um bewegliche, starre Körper ohne elastische Eigenschaften handelt. Das mathematische Modell ist ein vereinfachter Fall des Sieben-Gleichungen-Baer-Nunziato-Modells für kompressible Mehrphasenströmungen. Das daraus resultierende leitende PDE-System ist ein nichtlineares System hyperbolischer Erhaltungssätze mit nichtkonservativen Produkten. Die Geometrie der Festkörper wird einfach durch ein Skalarfeld spezifiziert, das den Volumenanteil der Flüssigkeit in jedem Kontrollvolumen darstellt. Dies ermöglicht die Diskretisierung beliebig komplexer Geometrien auf einfachen einheitlichen oder adaptiven kartesischen Netzen. Ein Hauptziel war der Nachweis, dass an der Materialgrenzfläche, d. h. dort, wo der Volumenanteil von eins auf null springt, die Normalkomponente der Fluidgeschwindigkeit den Wert der Normalkomponente der Festkörpergeschwindigkeit annimmt. Wir konnten zeigen, dass dieses Ergebnis direkt aus den herrschenden Gleichungen abgeleitet werden kann, entweder über Riemann-Invarianten oder aus den verallgemeinerten Rankine-Hugoniot-Bedingungen nach der Theorie von Dal Maso, Le Floch und Murat.

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