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CFD-Code - Entwicklung - Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)

CFD-Code - Entwicklung - Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)
Ansprechpartner:

Ing. Pablo Mosquera Michaelsen

Bei vielen für Ingenieure bedeutenden Problemen kann die Wechselwirkung zwischen Strömung und begrenzender Struktur nicht vernachlässigt werden. Beispiele sind Vibrationen in hydraulischen Systemen und in Lüftungssystemen, Instabilitäten in Flugzeugstrukturen, biomedizinische Strömungen sowie Vibrationen in großen Windkraftanlagen.

Am Fachgebiet Strömungsmaschinen sollen Methoden zur Analyse fluid-induzierter Vibrationen bei Strömungsmaschinen entwickelt werden. Heutzutage existieren eine Vielzahl von kommerziellen Programmen, die die Berechnung von Fluid-Struktur-Interaktion anbieten. Obwohl diese Programme in der Industrie eingesetzt werden (wo robuste, geschlossene Paketen benötigt sind), weisen sie eine Anzahl von Einschränkungen auf. Aus diesem Grund wurde ein komplettes, FSI-Simulationstool entwickelt auf Basis des Dynamic Process Managements von MPI. Dieses Tool (siehe Abb. 1) besteht aus drei Teilen: das hauseigene Kopplungsprogramm FSiM (Fluid Structure Interaction Simulation Manager), der Fluidlöser SPARC und der quelloffene Strukturlöser CalculiX (http://www.calculix.de/).

Tool Diagram

Abb. 1: Schema Fluid-Struktur-Interaktionstool

 

 

Flow Diagram

Abb. 2: Programmablauf und Datenaustausch

Eine erste Verifizierungsphase wurde realisiert anhand zweier 2D Testfälle. Zunächst wurde das „panel flutter“ Problem (siehe Abb. 3) als Beispiel einer aeroelastischen Instabilität untersucht. Der Vergleich mit Referenzdaten zeigt eine gute Übereinstimmung (siehe Abb. 4).

Flutter Geometry

Abb. 3: Das "panel flutter" Problem. Aufgrund einer leichten Störung der Strömung durch die Platte (Ma = 0,95) ergibt sich für kleine h/c Instabilität.

Flutter Results

Abb. 4: Plattenauslenkung an drei Stellen, verglichen mit Referenzdaten aus Massjung et al.

 

Der zweite Testfall ist eine pulsierende Kanalströmung mit einem flexiblen Hindernis, als Beispiel einer Resonanz.

Eine Erweiterung zur Simulation rotierender Teile wird derzeit durchgeführt.