Untersuchung und Reduzierung von numerisch bedingten ... - IAG

Kapitel 3
Parasitäre Strömungen
Bei der Simulation von Zweiphasenströmungen mit dem FS3D-Code lassen sich sogenannte
parasitäre Strömungen beobachten. Diese Strömungen haben nichts mit der Physik
des Problems zu tun und ihr Ursprung ist im Bereich des numerischen Verfahrens zu
suchen.
Betrachtet man beispielsweise einen ruhenden, von Luft umgebenen Wassertropfen in der
Schwerelosigkeit, so sollte man erwarten, dass die Felddaten, d.h. Geschwindigkeit u und
Volumenanteil f , in den folgenden Zeitschritten, auf Grund der Diskretisierungsfehler des
numerischen Verfahrens nur unwesentliche Abweichungen gegenüber der Initialisierung
aufweisen.
Tatsächlich stellen sich jedoch nach einigen Zeitschritten bereits beachtliche Geschwindigkeiten
im Rechengebiet ein, wie in Abbildung 3.1 zu sehen ist. Die Geschwindigkeiten
Abbildung 3.1: Parasitäre Strömungen an einem ruhenden Wassertropfen in der Schwerelosigkeit
(Schnitt durch den Tropfenmittelpunkt, v max = 0, 253 m s ).
verstärken sich mit fortdauernder Rechenzeit dabei so sehr, dass der Wassertropfen eine
Beschleunigung erfährt, die ihn in Bewegung versetzt, so dass er letztendlich das Rechengebiet
verlässt.
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