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Oliver Gloth :
Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Standort
Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau,
2003-01-10
BetreuerIn: Prof. Dr.-Ing. Dieter Haenel , Universität Duisburg-Essen, Standort Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau
GutachterIn: Prof. Dr.-Ing. Dieter Haenel , Universität
Duisburg-Essen, Standort Duisburg, Fakultät für
Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau
GutachterIn: Alain Dervieux , Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique, France, Unité de Recherche INRIA Sophia-Antipolis
Schlüsselwörter in Englisch: finite volume method, unstructured grids, hybrid grids, level sets, object-oriented programming, computational fluid dynamics
Schlüsselwörter in Deutsch: Finite Volumen Methode,
unstrukturierte Netze, hybride Netze, Level-Sets, objekt-orientierte
Programmierung, numerische Strömungsmechanik
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Abstrakt in Englisch
This work describes the development of a framework for numerical
simulation software, using the finite volume method. A major guideline
has been flexibility. The framework is written in C , making strong use
of its object-oriented capabilities. Outlined are the benefits, as well
as the pitfalls related to object-oriented programming, if used for
numerical simulations. The text explains that flexibility has not only
been tried to achieve in terms of software design, but also with
respect to the numerical approaches used. The field of application in
the scope of this work is computational fluid dynamics. Thus a brief
overview over the necessary equations and the employed numerical
techniques is given. Furthermore a number of example computations can
be found in this text. An important part of this work deals with a
novel approach for unstructured mesh generation. The approach is based
on multi element type grids and uses level-sets as input to describe
the geometry. It is well suited to create anisotropic layers, such as
boundary layer grids for fluid dynamics problems. Furthermore it can
deal with moving and even topologically changing geometries. In the
scope of this work it is limited to two-dimensional problems.
Abstrakt in Deutsch
Diese Arbeit behandelt die Entwicklung einer Programmierbibliothek für
numerische Software, die auf dem Finite Volumen Verfahren beruht. Ein
Hauptziel bei dem Entwurf war größtmögliche Flexibilität. Die
Bibliothek ist vollständig in C geschrieben, wobei die
objekt-orientierten Möglichkeiten der Sprache in großem Umfang genutzt
wurden. In der Arbeit sind die Vorteile sowie die Fallen der
objekt-orientierten Programmierung für numerische Anwendungen
skizziert. Flexibilität spielte jedoch auch eine Rolle im Bezug auf die
verwendeten numerischen Ansätze. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die
entstandene Software für numerische Strömungssimulationen eingesetzt.
Daher enthält die Arbeit einen knappen Überblick über die Gleichungen
der Strömungsmechanik, sowie die verwendeten numerischen Methoden.
Ferner werden einige Beispielrechnungen präsentiert. Ein wesentlicher
Teil der Arbeit befasst sich mit einem neuen Ansatz zur Erzeugung
unstrukturierter Rechennetze. Dieser Ansatz basiert auf der Verwendung
hybrider Netze und nutzt Level-Sets als Eingabe zur Beschreibung der
Geometrie. Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Methode ist die
einfache Erzeugung anisotroper Netze, wie sie zum Beispiel bei der
Berechnung von Grenzschichten in der Strömungsmechanik Verwendung
finden. Außerdem ist dieser Ansatz in der Lage sich bewegende und sogar
topologisch veränderliche Netze zu behandeln. Im Rahmen dieser Arbeit
wurden jedoch nur zweidimensionale Netze damit erzeugt.
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