Schwappbewegungen entstehen in teilweise gefüllten Behältern, die durch äußere Kräfte oder selbstinduzierte Beschleunigungen zu instationären Bewegungen angeregt werden. Schwappen ist zu einem wichtigen Thema der Ingenieurwissenschaften während der Entwicklung von Luft- und Raumfahrzeugen geworden. Die Treibstoffmasse stellt bei diesen Fahrzeugen den Hauptanteil der Gesamtmasse dar, die im Allgemeinen mehrere hundert Tonnen betragen kann. Neben den äußeren Kräften (aerodynamische Kräfte, Antrieb) leistet das Schwappen der Flüssigkeit einen wichtigen Beitrag zu den Gesamtstrukturlasten. Die vorliegende Arbeit stellt einen innovativen Ansatz vor, um Schwappbewegungen numerisch zu simulieren. Er basiert auf der Mechanik diskreter makroskopischer Partikel, die untereinander Wechselwirkungskräfte ausüben, die aus der Molekulardynamik abgeleitet werden. Die Implementierung von Viskosität wird detailliert beschrieben. Thermodynamische Beziehungen werden eingeführt, basierend auf der relativen kinetischen Energie der makroskopischen Partikel. Der Mechanismus der Energiedissipation sowie der Zusammenhang zwischen Dissipation und Viskosität werden beschrieben. Hierbei werden sowohl theoretisch als auch experimentell ermittelte Vergleichswerte herangezogen, um die Zuverlässigkeit des Verfahrens für praktische Anwendungen zu demonstrieren. Es werden einige Beispiele für Schwappbewegungen vorgestellt, die alle eine gute qualitative und quantitative Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen aufweisen. Der Dammbruch wird besonders herausgestellt als eines der bekanntesten Beispiele für Flüssigkeitsdynamik. Ein sehr interessantes Beispiel ist auch die Dynamik eines teilweise gefüllten Torus, einer oft verwendeten Geometrie für Satellitentanks.


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    Title :

    Liquid sloshing simulation using a three-dimensional particle-cluster approach


    Additional title:

    Simulation des Flüssigkeitsschwappens mit Hilfe eines dreidimensionalen Partikel-Cluster-Verfahrens


    Contributors:


    Publication date :

    2007


    Size :

    165 Seiten, 93 Bilder, 11 Tabellen, 81 Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    English