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aktualisiert am 12. Dezember 2017

ISBN 9783868538243

Euro 84,00 inkl. 7% MwSt


978-3-86853-824-3, Reihe Luftfahrt

Christian Lübon
Turbulenzmodellierung und Detached Eddy Simulationen mit einem Discontinuous Galerkin Verfahren hoher Ordnung

162 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2010), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein dreidimensional arbeitender DG-Strömungslöser für DES-Simulationen entwickelt und anhand einiger im gesamten Reynoldszahlspektrum angesiedelter Testfälle validiert. Dabei konnte das große Potential dieser Methode demonstriert werden und hoch genaue Simulationen mit ausgezeichneter Parallel-Effizienz durchgeführt werden.

Hierfür wurde zuerst der Strömungslöser für realistische und allgemeine Probleme auf drei Dimensionen erweitert. Die danach durchgeführten obligatorischen Konvergenztests zeigen einen deutlichen Effizienzgewinn in Bereichen hoher Genauigkeit, was auch den Hauptgrund für den Einsatz von Verfahren höherer Ordnung darstellt. Durch geschickte Parallelisierung konnte die Netzwerklatenz überdeckt werden, was die Discontinuous Galerkin Verfahren für massiv parallele Hochleistungscomputer besonders interessant macht. Hierbei konnten beeindruckende Ergebnisse mit hohen FLOP-Raten erzielt werden.

Darüber hinaus wurden im Bereich der räumlichen Diskretisierung die Randbedingungen entscheidend verbessert. Um realistische Geometrien mit den, aufgrund der höheren Effizienz erforderlichen, groben Gittern berechnen zu können, wurden gekrümmte isoparametrische Elemente entwickelt, die eine außerordentliche Verbesserung für realistische Geometrien darstellen. Auf der anderen Seite, den Fernfeldrändern, konnten charakteristische Variable mit den zugehörigen charakteristischen Randbedingungen implementiert werden, die beispielsweise akustische Wellen, die durch die sehr guten Transporteigenschaften des Verfahrens bis zum Rand transportiert werden, ungehindert aus dem Rechengebiet strömen lassen.

Da zu Beginn der Rechnung der Strömungscharakter meist nicht bekannt ist, erwies sich die Möglichkeit, das Gitter zu adaptieren als ungemein hilfreich. Aus Gründen einer klaren, übersichtlichen und gekapselten Codestruktur wurde kein Löser verwendet, der alle Funktionalität für Pre- und Postprocessing selbst beinhaltet, sondern eine Toolkette. Dabei wurden verschiedene Methoden zur Gitteradaption untersucht, die alle innerhalb dieser Kette einsetzbar sind, von einfachen Verfahren wie der Rot-Grün Adaption bis hin zur komplett neuen Gittergenerierung, die sich dann auch als am leistungsfähigsten, aber auch als am komplexesten, herausgestellt hat.