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Simulation von Mehrkomponenten-Strömungen bei kleinen Mach-Zahlen

Wlokas, Irenäus LSF

Die numerische Berechnung von reaktiver Mehrkomponenten-Strömungen bei kleinen Mach-Zahlen ist von großer technischer Relevanz mit einer breiten Anwendungspalette, speziell in der Verfahrenstechnik. Strömungen bei kleinen Mach-Zahlen zeichnen sich dadurch aus, dass die Dichte eine Funktion der Temperatur und der Zusammensetzung ist, dabei jedoch nur schwach oder gar nicht vom Druck abhängt. Insbesondere die Strömung in chemischen Synthesereaktoren steht hier im Mittelpunkt des Interesses. Das vorgestellte Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Robustheit und gleichzeitig durch eine Genauigkeit zweiter Ordnung im Ort und in der Zeit aus. Als Ausgangspunkt der Entwicklung diente ein Projektionsverfahren zur numerischen Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen eines inkompressiblen Fluides. Durch eine Neuformulierung der Divergenzbedingung für die Geschwindigkeit, beziehungsweise für den spezifischen Impuls, wurde es möglich, den Formalismus eines Druckkorrektur-Verfahrens auf Strömungen bei kleinen Mach-Zahlen und großen Dichteunterschieden anzuwenden. Im Rahmen einer ausführlichen Validierung wurde die Robustheit des vorgestellten Verfahrens für unterschiedliche Problemstellungen und die Genauigkeit im Ort und in der Zeit nachgewiesen. Die Effizienz des Verfahrens wurde unter anderem durch Vergleich mit Rechnungen mittels Lattice-BGK-Methoden überprüft. Obwohl die LBGK-Verfahren als besonders effizient gelten, konnte eine vergleichbare Leistung bei gleicher Genauigkeit erzielt werden.

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Zitierform:

Wlokas, Irenäus: Simulation von Mehrkomponenten-Strömungen bei kleinen Mach-Zahlen. 2007.

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