Für die effektive numerische Berechnung von Strömungsphänomenen im frühen Entwicklungsprozess wurde methodisch das Zusammenwirken verschiedener Berechnungstools hinsichtlich der Berechnungsdauer und Güte auf handelsüblichen Desktoprechnern untersucht. Dabei ist die Skalierbarkeit der Berechnungsmodelle auf unterschiedliche geometrische Skalen sowie die Umsetzungsmöglichkeit der Berechnung kombinierter Fluidphasen essenziell.
Für die Umsetzung wurden erste Grundlagenuntersuchungen an einfachen Geometrien experimentell und virtuell durchgeführt sowie die Ergebnisse gegenübergestellt. Daraus konnten Anforderungen abgeleitet und bereits im Ausschlussverfahren für das Projekt ungeeignete Software detektiert werden.
Weiterhin wurden die Simulationsparameter, aufbauend auf den Grundlagenuntersuchungen, an die komplexen Geometrien von Bauteilen/Baugruppen bis hin zum Viertelfahrzeug angepasst. Somit konnten für die jeweiligen Berechnungstools die Stärken hinsichtlich der Anforderungen an die Geometrie und die physikalischen Randbedingungen abgeleitet werden.
Anschließend wurde eine Software entwickelt, welche automatisiert Ergebnisse unterschiedlicher Softwarelösungen und geometrischer Skalen verarbeitet, interpoliert und anschließend auf gewählten Schnittstellen bereitstellt. Somit lassen sich die effektivsten Berechnungsmethoden miteinander verknüpfen.
Zudem konnte im Laufe der Bearbeitungszeit eine Software (PreonLab) zum Einsatz kommen, welche hinreichend genau und dennoch zeitlich effektiv komplexe Strömungsphänomene berechnen kann.
Im Zuge der Projektbearbeitung konnten somit Anforderungen als auch Randbedingungen für die numerische Berechnung komplexer Strömungsphänomene am Gesamtfahrzeug beschrieben werden.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Diese Arbeit zeigt Ergebnisse direkter numerischer Simulationen turbulenter Strömungen auf Basis der Lattice-Boltzmann-Methode für ein generisches poröses Medium. Es werden sowohl Visualisierungen der Wirbelstrukturen als auch eine Auswertung statistischer Daten für die Analyse herangezogen. Damit wird die Gültigkeit der Darcy-Forchheimer-Gleichung bis hin zu turbulenten Strömungen nachgewiesen und gezeigt, dass die Abmessungen der turbulenten Strukturen immer im Bereich des Porendurchmessers liegen.
Mit der Untersuchung zur Durchströmung von nanoporösen Medien wird ein weiterer Aspekt beleuchtet: Kann die Darcy-Gleichung zur makroskopischen Beschreibung einer solchen Strömung angewandt werden? Ausgehend von dieser Fragestellung wird eine grundlegende Analyse der Anwendbarkeit von Kontinuumssimulationen für nanoskalige Geometrien durchgeführt. Für vier Fälle (Couette-/Poisseuillströmung, Krümmerdurch- und Zylinderumströmung) werden sowohl molekulardynamische als auch Kontinuums-Simulationen berechnet und die Ergebnisse für verschiedene Größen der Geometrien miteinander verglichen.
Aktualisiert: 2022-12-21
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