Numerische Simulation von Zweiphasenströmungen

Die Trennschicht zweier Phasen in einer numerischen Zweiphasensimulation bildet eine in der Zeit veränderliche Oberfläche. Diese freie Oberfläche wird bei Level-Set-Methoden implizit durch die Nullkontur einer Funktion - der Level-Set-Funktion - repräsentiert und in jedem Zeitschritt der Simulation mit den Fluiden konvektiv transportiert, was eine anschließende Reinitialisierung dieser Level-Set-Funktion erforderlich macht. Diese Reinitialisierung bringt numerische Instabilitäten mit sich, welche sich in dem wohl bekanntesten Problem - der Massenerhaltung beziehungsweise der numerischen Diffusion - in Form einer künstlichen Verschiebung der Nullkontur und somit einer Verschiebung der freien Oberfläche zeigen. Dieses Buch erläutert umfassend die Anwendung der Level-Set- Methode in der Simulation von Zweiphasenströmungen und geht auf die Ursachen und Auswirkungen des Problems der numerischen Diffusion bei der Level-Set-Reinitialisierung ein. Ferner beschreibt der Autor, wie er dieses Problem durch eine Weiterentwicklung einer bereits bestehenden Software zur Berechnung von Strömungen löst, und analysiert dann ausführlich seine Ergebnisse.

Autorentext

Diplom-Mathematiker, Studium der Mathematik an der Rheinischen Friedrich- Wilhelms-Universität Bonn. Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut, Sankt Augustin.