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CFD-Code - Entwicklung - Immersed Boundary Methode

CFD-Code - Entwicklung - Immersed Boundary Methode
Ansprechpartner:Dr.-Ing. Benjamin Jastrow

Immersed Boundary Methode

Die Erstellung eines geeigneten Rechennetzes für die Simulation komplexer dreidimensionaler Strömungen erfordert im Rahmen des Preprocessings einen beträchtlichen Zeitaufwand. Daher wird für den Strömungslöser SPARC an einer automatisierten Netzerzeugung gearbeitet. Insbesondere bei einer bewegten Geometrie, bei der für jeden Zeitschritt ein verändertes Netz benötigt wird, verspricht man sich einen erheblich geringeren Aufwand für den Anwender. Ausgehend von einer oberflächentriangulierten Geometrie wird mit Hilfe eines Raytracing-Algorithmus ein kartesisches, block-strukturiertes Volumennetz erzeugt.

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Abb. 1: Oberflächentriangulierte Geometrie eines Zylinders (links); automatisch generiertes Volumennetz (rechts)

Das erzeugte Netz ist nicht körperangepasst, vielmehr schneidet die Geometrie die Zellen. Die Randbedingungen erfordern daher eine besondere Behandlung (Immersed Boundary Methode). In der in SPARC implementierten Methode wird dabei eine wandnahe Unterschicht definiert, in der die Grenzschichtgleichungen gelöst werden. Dadurch werden die Randbedingungen eingehalten und der äußeren Strömung die passenden wandnahen Strömungswerte übergeben.

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Abb. 2: Definition der wandnahen Unterschicht

Bei komplexen Geometrien treten zahlreiche Sonderfälle auf, die abgefangen werden müssen um die Allgemeingültigkeit des Codes zu gewährleisten.
Die Validierung mit laminaren und turbulenten, subsonischen und transsonischen, sowie stationären und instationären Testfällen zeigt die breite Anwendbarkeit der Immersed Boundary Methode. Eine automatische Netzverfeinerung, die Parallelisierung, sowie die Nutzung der Multigridmethode sichert dabei die Effizienz der Strömungsberechnungen.