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Simulation, Analyse und Beratung bei strömungsmechanischen und damit verbundenen physikalisch-technischen Fragestellungen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der zeitlich aufgelösten Large-Eddy-Simulation, es werden jedoch auch RANS-Simulationen angeboten. Verwendete Tools sind der OpenSource-Code OpenFOAM und der zum Teil in-House entwickelte Code MGLET. Hier eine Auswahl unseren besonderen Expertisen mit Schwerpunkt Large-Eddy-Simulation.

Large-Eddy-Simulation von komplexen, turbulenten und inkompressiblen Strömungen

Die zeitlich aufgelöste Simulation turbulenter Strömungen in komplexen Geometrien stellt große Herausforderungen an Software, Rechenleistung und den Anwender dar. Durch den Einsatz moderner und effizienter Methoden ist es KM-Turbulenz möglich, zeitlich aufgelöste Simulationen selbst bei komplexen Konfigurationen in annehmbarer Zeit durchzuführen und dem Kunden zur Verfügung zu stellen. Im Vergleich zu reynoldsgemittelten Simulationen ergibt sich ein detaillierterer Einblick in die Physik der Strömung bei deutlich geringerer Unsicherheit in der Modellierung. Zudem liefern die von KM-Turbulenz genutzten Methoden experimentell bestätigte quantitative Aussagen über Geschwindigkeiten, Druckverluste und turbulente Schwankungsbewegungen.

Zeitlich aufgelöste Simulation der turbulenten Strömung (LES)

Einsatz verschiedener LES Modelle: Smagorinsky, WALE, Lagrange

Abbildung komplexer Geometrien

Aeroakustik

Strömungsschall gehört zu den Phänomenen, deren Untersuchung eine instationäre Betrachtung der turbulenten Strömung voraussetzt. Eine LES liefert mit den zeitlich aufgelösten turbulenten Schwankungsbewegungen die notwendigen Informationen, um die akustischen Quellterme nach Lighthills Theorie zu berechnen. Damit werden Einblicke in Ort und Mechanismen der Schallentstehung möglich. Durch eine in den LES-Code MGLET integrierte Lösung der Wellengleichung wird ausgehend von den Quelltermen das Schallfeld berechnet. Mit dieser Methode wird der breitbandige Schall einer turbulenten Strömung qualitativ richtig vorhergesagt, wie der Vergleich zwischen Simulation und Experiment zeigt.

Quantitative Bewertung von:

Skalierung des Schalls mit der Geschwindigkeit

Schallpegel

Richtcharakteristik

Spektren

Analyse der:

Schallentstehungsmechanismen

Schallausbreitung

Akustik

Die akustische Optimierung setzt ein genaues Wissen über die auftretenden akustischen Mechanismen voraus. Eine Simulation der Schallausbreitung liefert detaillierte Informationen, insbesondere zur Planung und Bewertung von Dämm- und Dämpfungsmaßnahmen.

Schallausbreitung in komplexen Geometrien

Modellierung von akustischen Dämpfungselementen

Modellierung teildruchlässiger und nachgiebiger Wände

Auswertung von Schallpegel und Schallenergiefluss

Turbulente Vermischung und Wärmetransport

Die Durchmischung (Transport verschiedener Spezies/Skalare) bzw. der Wärmetransport in einer turbulenten Strömung ist in vielen Fragestellungen in Industrie und Technik von enormer Bedeutung. Der Einsatz von Large-Eddy-Simulation ermöglicht genaue Vorhersagen der gefilterten Spezies- und Temperaturverteilungen, welche gerade im Hinblick auf nicht-lineare Prozesse wie chemische Reaktionen benötigt werden.

Berechnung beliebig vieler Spezies/Temperatur

Zeitlich aufgelöste Simulation des turbulenten Transportes (LES)

Verschiedene Schmidt-/Prandtl-Zahlen

Freie Konvektion durch den Boussinesq-Ansatz

Flachwassergleichungen

Die Lösung der zweidimensionalen Flachwassergleichungen für die numerische Simulation von Fließgewässern, Hochwassereignissen und Dammbrüchen stellt den aktuellen Stand der Technik dar. Der von KM-Turbulenz entwickelte Strömungslöser basiert auf dem Programmpaket OpenFOAM und löst die tiefengemittelten Navier-Stokes-Gleichungen auf einem unstrukturierten Gitter und zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

Abbildung von Wechselsprüngen

Konservative Formulierung

Parallelisiert

Hochwassersimulation in Echtzeit möglich

Transport von massebehafteten Partikeln

Die Verteilung und Dispersion von massebehafteten Partikeln (Sediment, Schwebstoffe, Pollen oder ähnliches) in einer turbulenten Strömung werden stark durch instationäre Effekte beeinflußt. Daher ist die Large-Eddy-Simulation für solche Untersuchungen die Methode der Wahl.

Die Simulation des instationären Transports massebehafteter Partikel berücksichtigt die unterschiedlichen Dichten und Durchmesser der Partikel, die Auftriebskraft, die Massenzuschlagskraft und die Kraft durch den Druckgradienten. Es stehen verschiedene Modelle für die Behandlung von Stößen mit den Wänden zur Verfügung.

Modellierung der Partikelbewegung durch die Maxey-Riley Gleichung

Verschiedene Stokes-Zahlen

Verschiedene Wandstoßmodelle

Verschiedene LES Modelle

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