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Das Verhalten von mono- und bifluiden Tropfen unter aerodynamischer Last. Eine numerische Studie mit SPH

Forschungsberichte aus dem Institut für Thermische Strömungsmaschinen, Bd. 73/2018

Lars Wieth

ISBN 978-3-8325-4806-3
214 Seiten, Erscheinungsjahr: 2018
Preis: 40.50 €
In den letzten Jahrzehnten wurde ein starker Anstieg des Energiebedarfs in allen Bereichen der globalen Wirtschaft und der Gesellschaft verzeichnet. Dieser Trend wird auch zukünftig anhalten. Um die Folgen der daraus resultierenden Klimaerwärmung auf den Planeten einzudämmen müssen hocheffiziente Prozesse zur drastischen Senkung der Schadstoffemissionen und zur Verringerung des Verbrauchs von Primärenergieträgern entwickelt werden. Zur Optimierung von Energieumwandlungsprozessen kommen sowohl experimentelle als auch numerische Methoden zum Einsatz. Vertrauenswürdige und validierte numerische Verfahren ermöglichen detaillierte Vorhersagen der vorherrschenden Phänomene in relativ kurzer Zeit bei klar definierten Randbedingungen.

An diesem Punkt knüpft die vorliegende Arbeit an. Es werden detaillierte numerische Vorhersagen des Verhaltens von mono- und bifluiden Einzeltropfen unter geringer stoßartiger aerodynamischer Last mit Hilfe der Lagrangeschen Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) untersucht. Im Focus stehen die Deformation, die Schwingung und die Trajektorie der Tropfen. In dieser Arbeit wird nachgewiesen, dass die eingesetzte SPH-Methode die komplexen mehrphasigen Vorgänge bei erzwungenen Formschwingungen in hoher Genauigkeit wiedergibt. Zudem wird die Methode durch ein allgemeines Dreiphaseninteraktionsmodell erweitert und als Werkzeug zur Plausibilisierung, Kalibrierung und Neuentwicklung von vereinfachten Modellen und Methoden verwendet.

Keywords:
  • Computational Fluid Dynamics (CFD)
  • Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)
  • Turbomaschinen
  • Mehrphasenströmungen
  • Emulsionen

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