Modellierung und Simulation von Hochtemperatur ... - JuSER

KAPITEL 3. STRÖMUNGSMODELLIERUNGnung, Pre-Prozessing, Simulation und Post-Prozessing [128]. Im ersten Schritt, der Problemerkennungwerden die gesuchten Ziele sowie die eigentliche Domäne definiert. Anschließendwird die Geometrie erstellt und in diskrete Volumina unterteilt. Bevor anschließenddie Simulation gestartet werden kann, müssen die Randbedingungen hinsichtlich der Strömungsowie physikalischen Eigenschaften von Materialien und der Löser- (Solver) Einstellungenvorgenommen werden. Den eigentlichen Rechenprozess übernimmt der Solver. ImPost-Prozessing werden die Ergebnisse begutachtet und analysiert. Die mathematischenModelle wurden im Abschnitt 3.1 beschrieben und diskutiert. Mit der Software Ansys / Fluentwie auch mit anderen kommerziellen Softwarepaketen ist die Möglichkeit gegeben, dieentsprechenden mathematischen Modelle je nach Aufgabenstellung auszuwählen. Die mathematischenModelle bzw. Gleichungen müssen mit einer Diskretisierungs-Methode approximiertwerden. Um ein besseres Verständnis der eigentlichen Lösungsmethode zu erhalten,werden im Folgenden die gängigen Methoden in Kürze erwähnt und die verwendeteFinite-Volumen-Methode näher beschrieben.3.2.2 DiskretisierungsmethodenEs existiert eine Vielzahl an Diskretisierungs-Methoden, um die Differentialgleichungen aufnumerischem Wege durch Approximation zu lösen. Die Lösung der mathematischen Gleichungsollte jedoch methodenunabhängig erfolgen. Zudem existiert keine eindeutige Zuordnungverschiedener Zeit- und Raum-Skalen für eine bestimmte Methode. Es lässt sichjedoch feststellen, dass einige Methoden für bestimmte Problemstellungen geeigneter sindals andere. Die Diskretisierungs-Ansätze können beispielsweise in Netz-freie und NetzbasierteMethoden unterteilt werden.Die Netz-freien Methoden sind vergleichsweise neu, nehmen jedoch an Popularität zu, daeine Vernetzung der Geometrien dadurch vollständig entfällt. Um die Rechendomäne zudefinieren, werden Knotenpunkte verwendet, welche untereinander nicht verbunden sindund daher kein Netz bilden [129]. Als Beispiel für eine solche Methode gilt die Smoothed-Particle-Hydrodynamic-Methode [130], im Rahmen derer das eigentliche Fluid diskretisiertwird. Daraus ergibt sich zudem der Vorteil, dass die Massenerhaltung gewährleistet wird, dadie Fluidteilchen die eigentliche Masse darstellen. Es existieren heute bereits kommerzielleSoftware-Pakete wie die MSC-Software [131], die den netzfreien Ansatz verfolgen.Die heute gängigen Methoden für Strömung-Simulationen basieren alle auf einer Geometrievernetzung.Es haben sich insbesondere drei Methoden durchgesetzt, wobei jede vonihnen Vor- und Nachteile für die jeweilige Aufgabenstellung aufweisen. Die älteste dieser30