Workshop "Meßtechnik für stationäre und transiente ...

Finite-Volumen Berechnung von Zweiphasenströmungen
in Lagrangescher und Eulerscher Beschreibung
Hannes Fogt
Technikum Joanneum, Fachhochschul-Studiengang Fahrzeugtechnik,
Babenbergerstraße 10, A-80 10 Graz,
Tel: +43 316 76 47 15 21, Fax: +43 316 76 47 15 15, email: Hannes. Fogt @technikum.joanneum.ac.at
1 Einleitung
Aron Kneer
Battelle Ingenieurtechnik GmbH,
Düsseldorfer Straße 9, 0-65760 Eschborn
Te/: +49 61 96 936 313, Fax: +49 61 96 936 399, email: akn abattelle. de
Vol ker Seidl
ICCM Institute of Computational C'ontinuum Mechanics GmbH,
Bramfelder Straße 164, D-22305 Hamburg
Tel: +49 40 69 79 26-30, Fm: +49 40 69 79 26-29
Zur Untersuchung und Beurteilung von Zweiphasenströmungen und für die Auslegung
strömungsmechanischer Systeme und Komponenten werden neben experimentellen
und empirischen Methoden zunehmend numerische Rechenverfahren eingesetzt. Ty-
pische Beispiele sind Einspritzsysteme, Zerstäuber, Mischer, Dampferzeuger und An-
lagen zur Rauch- bzw. Abgasreinigung.
Den hohen Rechenzeiten, die bei der numerischen Lösung der zwei- und mehrpha-
sigen Erhaltungsgleichungen anfallen, wird häufig durch Vereinfachung der Ansätze
entgegengewirkt. In der Energie- und Verfahrenstechnik wird oft auf eindimensionale
Rechenverfahren zurückgegriffen. Sie bieten den Vorteil, daß mit ihnen das Verhalten
ganzer Anlagen beschrieben werden kann. Die räumliche und zeitliche Auflösung bis
hin zur Erfassung kleinskaliger Detailerscheinungen gelingt mit diesen Methoden nur
bedingt.
CFD Methoden ermöglichen durch die stetig wachsende Leistung der Rechenanla-
gen und durch Umsetzung neuer mathematisch-informatischer Methoden detaillierte
numerische Untersuchungen von zweiphasigen Strömungsvorgängen bei vertretba-
ren Rechenzeiten. In den nachfolgenden Abschnitten sind Möglichkeiten und Grenzen
anhand einiger Beispiele aufgezeigt.
2 Berechnungsmethoden
Für die numerische Berechnung von Mehrphasenströmungen sind zwei Methoden ge-
bräuchlich. Welches Verfahren besser geeignet ist, wird von der Art der Anwendung
bestimmt.
2.1 Eulersche Methode
Die Eulersche Methode basiert auf der Beschreibung sämtlicher in einer Mehrphasen-
strömung enthaltener Fluide als Kontinuum. in einem ruhenden Koordinatensystem