Entwicklung von numerischen Methoden zur Auflösung konzentrierter Wirbelstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Moustafa Abdel-Maksoud; Professor Dr.-Ing. Nikolai Kornev
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263936466

Die Auflösung von Wirbelstrukturen ist eines der wichtigsten Probleme in der numerischen Strömungsmechanik. Das Globalziel des vorliegenden Vorhabens ist die Entwicklung von numerischen Technologien, mit denen ein größerer Bereich der Wirbelskalen erfasst wird. Im Projekt werden zwei Strategien verfolgt. Eine basiert auf der Weiterentwicklung der Vorticity Confinement-Methode in Kombination mit der gitterfreien Wirbelmethode (engl. Computational Vortex Method, CVM), während sich die andere auf ein ganz neues Konzept der Kombination der gitterbasierenden Finite Volumen-Methode (FVM) und der gitterfreien Wirbelmethode (CVM) stützt.Beide Methoden haben zum Ziel, die numerische Diffusion zu minimieren. Im Rahmen der Vorticity Confinement-Methode wird ein zusätzlicher Term in die Impulsgleichung eingeführt, welcher gegen die numerische Wirbeldiffusion wirkt. Die Bestimmung des zusätzlichen Terms erfolgt auf Basis der CVM Methode. Im Rahmen der hybriden Methode werden die Wirbel in großskalige und kleinskalige Strukturen unterteilt, wobei erstere mit FVM und letztere mit CVM modelliert werden. Die Methoden werden anhand der hochaufgelösten Simulationen mit lokaler adaptiver Netzanpassung sowie mit vorhandenen Messungen im Windkanal validiert. Beide Entwicklungen sind durch ein gemeinsames Ziel, einen gemeinsam zu entwickelnden Algorithmus der Wirbelstrukturidentifikation, der Implementierung von beiden Methoden in FVM OpenFoam und der Validierung anhand gleicher Testfälle stark miteinander verbunden. Die Methoden können für ein breites Spektrum der fundamentalen und angewandten Probleme der Strömungsmechanik eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen