Kopplung von SPH und FV
Die Primärzerstäubung von Flüssigkraftstoff in der Brennkammer von Turbomaschinen ist aufgrund der hohen Drücke und Temperaturen, sowie der geringen optischen Zugänglichkeit nur schwer bis unmöglich experimentell zu untersuchen. Am ITS wird aus diesem Grund die partikelbasierte Smoothed Particle Hydrodynamics Methode (SPH) eingesetzt um diesen Prozess numerisch zu analysieren. Diese Methode besitzt aufgrund ihres Lagrange’schen Charakters inhärente Vorteile bei der Berechnung von Mehrphasenströmungen mit extremer Grenzflächendeformation gegenüber klassischen gitterbasierten Finite-Volumen (FV) Methoden.
Für Anwendung außerhalb des Primärzerfallsbereich, in denen die Vorteile von SPH negiert sind, besteht jedoch ein großer Erfahrungs- und Wissensvorsprung bei diesen Gittermethoden. Ziel dieses Forschungsbereich ist es daher, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem SPH und FV miteinander gekoppelt werden, um in einer Rechnung die Vorteile der Verfahren in den jeweiligen Bereichen ausnutzen zu können.
Herausforderungen
Die Kopplung mit anderen Methoden ist bekannt als eine der ‚Grand Challenges‘ in der SPH-Community [1]. Als Ergebnis früherer Arbeiten am ITS wurde ein Verfahren zur Koppelung von SPH und FV entwickelt, mit dem einfache einphasige Testfälle berechnet werden können [2]. Aufbauend hierauf ergeben sich die folgenden Meilensteine:
- Erweiterung auf Mehrphasenströmungen
- Erweiterung auf dreidimensionale Probleme mit nicht-ebenen Rändern
- Implementierung im hauseigenenen Forschungscode turboSPH
- Anwendung auf reale Problemstellungen mit Bezug auf Zerstäubung
[1] Vacondio, R., Altomare, C., De Leffe, M., Hu, X., Le Touzé, D., Lind, S., ... & Souto-Iglesias, A. (2021). Grand challenges for Smoothed Particle Hydrodynamics numerical schemes. Computational Particle Mechanics, 8, 575-588.
[2] Werdelmann, B., Koch, R., Krebs, W., & Bauer, H. J. (2021). An approach for permeable boundary conditions in SPH. Journal of Computational Physics, 444, 110562.