Ein einheitliches Modellierungsparadigma für Turbulenz-, Stoßwellen- und Grenzschichtphänomene in der numerischen Simulation kompressibler Strömungen

• Antragsteller: Dr. Marco ten Eikelder
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Mechanik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462115963

Hochgenaue Computersimulationen kompressibler Strömungen erfordern Methoden zur zuverlässigen Modellierung von Turbulenz, Stoßwellen und Grenzschichten. Existierende Modellierungsansätze erreichen zwar gute Ergebnisse bei der Simulation jedes Einzelphänomens, interagieren allerdings unerwünscht miteinander, wenn Turbulenz, Stoßwellen und Grenzschichten zusammen auftreten. Beispielsweise beeinflussen numerische Methoden basierend auf künstlicher Viskosität für die Behandlung von Stoßwellen das Turbulenzmodell oft derart, dass das Simulationsergebnis unbrauchbar wird. Das vorgeschlagene Projekt basiert auf der Hypothese, dass ein integrierter Ansatz, der die Modellierung aller drei Phänomene gemeinsam betrachtet, die Simulationsgenauigkeit turbulenter kompressibler Strömungen erheblich verbessern kann. Im Rahmen der Finite Elemente Methode ist die variationelle Multiskalenmethode (VMS) ein vielversprechendes Werkzeug für die Simulation von turbulenten kompressiblen Strömungen, bei der praktische Netzweiten sowohl scharfe Innen- und Grenzschichten als auch winzige turbulente Wirbel nicht auflösen können. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist, einen einheitlichen VMS-basierten Modellierungsansatz für Turbulenz, Stoßwellen und Grenzschichten zu entwickeln, der auf der zugrundeliegenden Entropiestruktur des physikalischen Modells basiert und jegliche Adhoc-Mechanismen vermeidet. Der zu entwickelnde integrierte Modellierungsansatz soll in moderne Diskretisierungstechniken basierend auf der isogeometrischen Finite Elemente Methode höherer Ordnung integriert werden. Seine Leistungsfähigkeit hinsichtlich Genauigkeit und Robustheit und sein Potential für die industrielle Anwendung soll an anspruchsvollen aerodynamischen Simulationsproblemen aus der Flugzeug- und Turbinenentwicklung untersucht und nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle