Aufgabenstellung

Die numerische Untersuchung von Zerstäubungsvorgängen stellt aufgrund der Komplexität der involvierten physikalischen Prozesse sowie der großen Spanne der relevanten Zeit- und Längenskalen eine große Herausforderung dar. Üblicherweise wird daher der Zerstäubungsvorgang unterteilt in Primär- und Sekundärzerstäubungsbereich, die getrennt untersucht werden.

Für die Primärzerstäubung werden CFD-Methoden wie Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) oder Volume of Fluid (VoF) eingesetzt, während im Sekundärzerstäubungsbereich das Spray mittels des deutlich kostengünstigeren Lagrangian Particle Tracking (LPT) verfolgt wird. Allerdings ist aufgrund dieser Trennung eine detaillierte Abbildung der Wechselwirkungen zwischen den Teilprozessen nicht möglich.

Ein vielversprechender Ansatz zur Überwindung dieser Einschränkung ist die Verwendung von atomizationFoam [1], einer Erweiterung des Open-Source CFD Codes OpenFOAM, bei dem VoF und LPT in einer einzigen Simulation gekoppelt werden.

Das Ziel der Masterarbeit ist es, atomizationFoam auf den luftgestützten Zerstäubungsvorgang in Flugzeugturbinen anzuwenden und mit dem herkömmlichen, entkoppelten Ansatz zu vergleichen. Besonderer Fokus liegt hierbei auf der Bewertung des Potentials für zukünftige Zerstäubungssimulationen.

Dem/der Studierenden bietet sich hierbei die Möglichkeit, aktiv an der Entwicklung von CFD-Methoden mitzuwirken und Erfahrungen im Bereich der numerischen Strömungsmechanik sowie speziell mit OpenFOAM, einem der am weitesten verbreiteten CFD-Codes sowohl in der Forschung als auch in der Industrie, zu sammeln.

Benötigte Fähigkeiten:

• Grundkenntnisse in numerischer Strömungsmechanik, idealweise erste Erfahrungen mit OpenFoam
• Vorkenntnisse in Linux, C++ und/oder Python sind von Vorteil

Bildquelle & [1]: Heinrich, Martin, and Rüdiger Schwarze. "3D-coupling of Volume-of-Fluid and Lagrangian particle tracking for spray atomization simulation in OpenFOAM." SoftwareX 11 (2020): 100483. https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.100483.