Home | english  | Impressum | Sitemap | KIT

Numerische Strömungsmechanik (CFD)

Arbeitsschwerpunkte

  • Dynamik (wandnaher) turbulenter Strömungen
  • Fluidmechanik mehrphasiger Strömungen
  • Direkte numerische Simulation und Grobstruktursimulation
  • Maßgeschneiderte numerische Verfahren
  • Datenanalyse und physikalische Modellierung

Aufgrund des breiten Spektrums der Längen- und Zeitskalen in turbulenten Strömungen, stellen Direktsimulationen (DNS) extrem hohe Anforderungen an die Rechenleistung, sowohl in der eigentlichen Simualtionsphase als auch bei der Datenanalyse. Eine besondere Bedeutung kommt daher der Effizienz der Numerik auf massiv parallelen Rechnersystemen zu.  

 

Laufende Forschung

DNS von Fluid-Partikel Systemen

kwVon technologischer Bedeutung ist die Fragestellung nach der Interaktion zwischen turbulenter Fluid- strömung und festen Partikeln, mit weitreichenden Anwendungen etwa in der Hydrologie, Meteorologie, Verfahrens- und Energietechnik. Wir untersuchen Fluid-Partikel Systeme mittels Direktsimulation, wobei die Phasengrenzen durch das Gitter aufgelöst werden. Ziel ist es, Prozesse wie die Bildung von Partikel- agglomerationen und Anfachung/Dämpfung der Turbulenzintensität zu analysieren und darauf aufbauend, Verbesserungen der gängigen Eulerschen bzw. Lagrangeschen Modelle vorzuschlagen. Neben dem Fall von Suspensionen im vertikalen Kanal analysieren wir u.a. den Mechanismus der Erosion von Sedimentpartikeln

Bild: M.Tischmacher 

 

Dynamik kohärenter Strukturen

Ein Verständnis der fundamentalen dynamischen Prozesse in turbulenten Strömungen kann dazu beitragen, Skalierungsgesetze zu formulieren und Empfehlungen für Anwendungen zu erstellen (z.B. Regenerationsmechanismus wandnaher Strukturen -> Grenzschichtkontrolle). Wir untersuchen u.a. die Rolle kohärenter Strukturen bei der Ausbildung der Sekundärströmung in einem Kanal mit rechteckigem Querschnitt.

Ein weiteres Thema ist die Analyse turbulenter Strömungen mit Dichtegradienten, welche insbesondere für Geophysikalische Anwendungen von Bedeutung sind (Ozeanströmungen). Bei stabiler Schichtung kommt es zu einem Wettbewerb zwischen dämpfenden Auftriebseffekten und der Instabilität der Scherströmung.

 

LES komplexer Strömungen

Die Methode der Grobstruktursimulation (LES) ist sehr gut zur Berechnung von turbulenten Strömungen geeignet, bei denen aufgrund der Komplexität keine Direktsimulation möglich ist. Dies gilt insbesondere für Fälle mit instationärer Ablösung, in denen statistische Modelle typischerweise keine präzisen Vorhersagen liefern. 

 

Daten der numerischen Simulationen sind nach wissenschaftlicher Publikation hier verfügbar.

 

Die Abteilung Turbulente Strömungen ist Mitglied im Forschungsverbund Wissenschaftliches Rechnen Baden-Württemberg (WiR Ba-Wü).