Der primäre wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung des Software-Frameworks VirtualFluids für massiv-parallele Simulationen schwach kompressibler Fluide mittels der Lattice-Boltzmann-Methode. Das Framework basiert auf den Qualitätsmerkmalen für nachhaltige Software, die in der Norm ISO 9126 beschrieben werden. Um die entsprechende Qualität der Software zu gewährleisten, wurden die Techniken der objektorientierten Programmierung und darauf basierende Entwurfsmuster verwendet. Mit Hilfe von VirtualFluids wurde im Rahmen des Teilprojekts A5 des Sonderforschungsbereichs SFB 880 (Grundlagen des Hochauftriebs künftiger Verkehrsflugzeuge) eine Reihe von hochpräzisen Simulationen mit komplexer Geometrie durchgeführt. Die Simulationen wurden für die Untersuchung der Verwendung poröser Materialien zur Reduzierung des Lärms, der an Tragflächen-Hinterkanten beim Start und bei der Landung eines Flugzeugs entsteht, eingesetzt. Die in VirtualFluids verwendete höchst effiziente Parallelisierung hat porenskalige Direkte Numerische Simulationen (DNS) und Large Eddy Simulationen (LES) von turbulenten Strömungen innerhalb und über porösen Medien mit mehr als 72 Milliarden Freiheitsgraden ermöglicht. Die Simulationen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Experimenten und anderen DNS. Zuerst wurden die Eigenschaften von porösen Materialien, wie Permeabilität und Forchheimer-Koeffizient, bestimmt, die dann als notwendige Terme für entsprechende RANS-Modelle beim Projektpartner verwendet werden konnten. Bei der porenaufgelösten Kanalsimulation wurde eine kleine Rezirkulation in den obersten Poren identifiziert, die bei aktuellen volumengemittelten RANS-Modellen nicht erfasst werden kann. Zusätzlich wurden für die Projektpartner die turbulenten Fluktuationen der Geschwindigkeitsfelder ermittelt, welche in die dortigen statistischen Modelle als Kalibrierung einfließen konnten. Die Ergebnisse der Simulationen von dem DLR-F16 Profil für massive und poröse Hinterkanten bestätigen die Eignung von VirtualFluids für industrierelevante Anwendungen. Die Direkte Numerische Simulationen für Aeroakustik zeigen das Potential der Lattice-Boltzmann-Methode für dieses Einsatzgebiet.


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    Title :

    Ein objektorientiertes LBM-Framework für massiv-parallele Simulationen schwach kompressibler Fluide


    Additional title:

    An object-oriented LBM framework for massively parallel simulations of weakly compressible fluids



    Publication date :

    2020



    Type of media :

    Miscellaneous


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    German


    Classification :

    DDC:    004 / 629.1