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Teilprojekt SP1

NS / LES pore scale simulation of thermal multi-component, multi-phase  ow including radiative heating

Dieses Teilprojekt konzentriert sich auf die Untersuchung mehrerer wichtiger Fragestellungen im Zusammenhang mit der Modellierung thermischer Mehrphasen- und Mehrkomponentenströmungen in porösen Medien einschließlich Evaporation. Ein wichtiges Problem stellt die Berechnung von Masse, Impuls und Energiefluss dar, die aus einer kombinierten Navier-Stokes/Large-Eddy-Simulation (DNS-LES) am Übergang zwischen dem Porenraum eines porösen Mediums und den ersten Dezimetern der atmosphärischen Grenzschicht gewonnen werden sollen, um als Kalibrierdaten für größerskalige Reynolds gemittelte Navier-Stokes (RANS) Modelle in SP2 zu dienen. Die Ergebnisse dieser Simulationen werden mit Windkanaldaten von SP5 validiert. Ein weiteres Problem ist die Simulation von Trägheitseffekten auf der Porenskala (z. B. Haines Sprünge), um die Länge von Phasenübergängen, die Verweilzeiten und die Geschwindigkeit der Grenzflähe für verschiedene Prozesse (Infiltration, Imbibition, Verdunstung und Drainage) zu untersuchen. Die gewonnenen Daten dienen der Analyse des Gültigkeitsbereiches der Richards Gleichung zusammen mit experimentellen Daten, die im Labor mit Glasskugelpackungen und Hele-Shaw-Zellen sowie in groben und feinen Sandproben gewonnen werden. Weiterhin werden Gradienten von Lösungskonzentrationen sowohl für stabile als auch instabile Interfacebewegungen numerisch untersucht. Für die numerischen Simulationen entwickeln wir ein neues Freie-Oberflächen-Modell auf Basis kinetischer Methoden, um die numerische Diskretisierung der hohen Dichtegradienten an der Luft-Wasser-Grenzfläche zu vermeiden, die sonst nur schwer mit bisherigen Lattice-Boltzmann-Modellen zu diskretisieren waren. Ein großer Teil der Simulationen soll auf massiv-parallelen General Purpose Graphics Processing Units (GPGPU) durchgeführt werden, wodurch eine wesentliche Verringerung des Rechenaufwands der dreidimensionalen, transienten Berechnungen mit mehr als einer Milliarde Freiheitsgraden erreicht wird.


Institution:

Technische Universität Braunschweig

Institut für rechnergestützte Modellierung im Bauingenieurwesen

Projektleiter:

Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Krafczyk

Webseite:

www.irmb.tu-bs.de