Überblick

Die Beherrschung der Transport- und Mischungsphänomene ist der Schlüssel für die Optimierung vieler industrieller Prozesse, einschließlich der ein- und mehrphasigen chemischen Umwandlungen, der Aeronautik und der Turbomaschinen. Die Analyse der zeitabhängigen Strömungsfelder anhand von Primärvariablen wie der Geschwindigkeit reicht jedoch in der Regel nicht aus, um die zugrunde liegenden Mechanismen zu erfassen.

Die Lagrangeschen kohärenten Strukturen (LCS) und ihre quantitative Interpretation über Finite-Time-Lyapunov-Exponenten (FTLE) bieten einen alternativen Weg mit einigen einzigartigen Vorteilen für die Aufdeckung der kohärenten Strukturen eines gegebenen Strömungsfeldes, das ein geordnetes Verhalten zeigt, das durch die abstoßenden und anziehenden Materialoberflächen gekennzeichnet ist. Im Prinzip verhalten sich diese Oberflächen wie dynamische Grenzen, die das Hauptströmungsverhalten organisieren, was eine intuitive Möglichkeit bietet, die herrschenden Phänomene zu erforschen und zu verstehen, selbst bei sehr komplexen Problemen wie Wirbelbewegung, Grenzflächentransport und Mikrovermischung.

Beim ITS haben wir unser eigenes Post-Processing-Tool postAtom entwickelt, um die groß angelegten Daten zu untersuchen, die durch turboSPH Simulationen, Geschwindigkeitsfeldmessungen und gitterbasierte Eulerian-Solver erzeugt werden. Ein einzigartiges Merkmal von postAtom ist die hocheffiziente GPU-Implementierung der FTLE-Feldberechnungen, die die interaktive Echtzeitauswertung von FTLE-Feldern in 3-D-Datensätzen ermöglicht. Eine solche Analyse ermöglicht es uns, Mischungsmuster auf verschiedenen Längenskalen zusammen mit ihrer zeitlichen Entwicklung zu identifizieren, was zu einem einzigartigen Einblick in die lokalen Phänomene führt und die Möglichkeit bietet, den Einfluss geometrischer Variationen zu verfolgen.