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EIN SOLVER FÜR VERSCHIEDENE STRÖMUNGSTYPEN

Um eine Strömungssimulation durchzuführen, muss ein gekoppeltes System partieller Differentialgleichungen gelöst werden. In der Strömungsmechanik kann man diese partiellen Differentialgleichungen anhand des von ihnen beschriebenen Strömungsverhaltens charakterisieren. Die Strömungseigenschaften können als parabolisch, hyperbolisch und elliptisch klassifiziert werden. Diese Klassifizierung wurde von Smith (1978) und Hirsh (1989) vorgestellt und beschreibt eine Analogie zwischen diesen Typen von partiellen Differentialgleichungen und den Kurventypen zweiter Ordnung. Die Klassifikation liefert eine Richtlinie für Anfangszustände und Randbedingungen und für die Glattheit der Ergebnisse.

Die CFD Software NOGRID points kann alle diese Strömungstypen mit Hilfe eines Solvers simulieren. In den folgenden vier Abbildungen unterscheiden sich nur die Materialeigenschaften, der Solver bleibt für alle Berechnungen gleich.

 

Strömungssimulation: Elliptisches Strömungsverhalten von Wasser


Abb. 1: Wasser fließt über Treppenstufen: elliptisches Strömungsverhalten (Gesamtzeit 3: Sekunden)

Strömungssimulation: Parabolisches Strömungsverhalten von über Treppenstufen fließenden Honig


Abb. 2: Honig fließt über Treppenstufen: parabolisches Strömungsverhalten (Gesamtzeit: 19 Sekunden)

Strömungssimulation (CFD): Gemischtes Strömungsverhalten von Treppenstufen hinunterfallende Butter


Abb. 3: Butter fällt Treppenstufen hinunter: gemischtes Strömungsverhalten (Gesamtzeit: 2,8 Sekunden)

Strömungssimulation (CFD): Hyperbolisches Strömungsverhalten eines Radiergummis, der Treppenstufen hinunterfällt


Abb. 4: Ein Radiergummi fällt Treppenstufen hinunter: hyperbolisches Strömungsverhalten (Gesamtzeit: 0,6 Sekunden)


Abbildung 1 zeigt eine Strömung mit einer sehr kleinen Viskosität (wie Wasser). Aus diesem Grund ist die Reynoldszahl groß. In Abbildung 2 haben wir den gleichen Fall berechnet, aber wir haben eine hohe Viskosität eingesetzt (100 Pa s). In Abbildung 2 die Reynoldszahl also sehr klein (RE <<1). In Abbildung 4 haben wir keine Strömung berechnet, sondern die Verschiebung eines Materials mit linear-elastischen Materialeigenschaften (wie ein Radiergummi). Das Modell, das in Abbildung 3 verwendet wurde, ist eine Mischung aller implementierten Modelle und könnte durch viskoplastisches Materialverhalten charakterisiert werden.