Die Simulation verdünnter Strömungen beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen erfordert eine möglichst detaillierte Modellierung der physikalischen und chemischen Nichtgleichgewichtsphänomene. Die verallgemeinerte Boltzmanngleichung für reagierende Gasgemische nach Ludwig und Heil liefert bei Kenntnis der Wirkungsquerschnitte ein adäquates Modell. Die Modellierung der differentiellen Wirkungsquerschnitte der Ludwig-Heil-Gleichungen erfolgte unter Beachtung von physikalischen Grundprinzipien sowie unter dem Gesichtspunkt der numerischen Realisierbarkeit und wurde für den Fall der vollen Luftchemie implementiert und validiert. Eine für die klassische Boltzmanngleichung entwickelte Partikelmethode wurde auf den komplexen Fall der reaktiven Gasgemische erweitert. Um zu einem effizienten dreidimensionalen Software-Tool zu gelangen, wurden verschiedene Adaptionsstrategien entwickelt und realisiert. Gewichtete Teilchen, adaptive Diskretisierung im Ort und ein sich anpassendes Rechengebiet haben die Effizienz des Verfahrens um Größenordnungen erhöht. Von Anbeginn wurden alle Weiterentwicklungen parallelisiert, wodurch heute komplexe dreidimensionale Umströmungen von Raumfahrzeugen bis in den Bereich von Höhen unterhalb 90 km über der Erdoberfläche im kinetischen Bereich simuliert werden können. Als besonders gelungen kann die Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Hyperschalltechnologie Göttingen (HTG) bewertet werden. Der HTG konnte ein effizientes Simulationswerkzeug bereitgestellt werden.


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    Title :

    Entwicklung eines Partikelverfahrens zur Berechnung von reaktiven Strömungen in verdünnten Gasen


    Additional title:

    Development of a particle method to simulate reactive rarefied gas flows


    Contributors:


    Publication date :

    1997


    Size :

    26 Seiten, 15 Bilder, 2 Tabellen, 14 Quellen


    Type of media :

    Report


    Type of material :

    Print


    Language :

    German