Das CFD-Programm FS3D (Free Surface 3D) wird seit mehr als 20 Jahren am ITLR eingesetzt und stetig weiterentwickelt. Zur Lösung der inkompressiblen Navier-Stokes Gleichungen wird die direkte numerische Simulation (DNS) eingesetzt. Dies bedeutet, dass keine Turbulenzmodelle verwendet werden, die auftretenden Strömungsphänomene werden durch eine entsprechend feine räumliche und zeitliche Auflösung erfasst. Um dem damit einhergehenden, hohen Rechenaufwand gerecht zu werden, ist FS3D mit Hilfe der MPI-Bibliotheken sowie OpenMP parallelisiert, so dass auch komplexe Probleme untersucht werden können.
Um Strömungen mit mehreren Phasen beschreiben zu können, arbeitet FS3D nach der Volume-of-Fluid (VOF) Methode. Die Verteilung der Phasen im Rechengebiet wird dabei durch weitere Feldvariablen repräsentiert. Für den Fall einer zweiphasigen Strömung wird nur eine Variable f benötigt, die nach ihrer Definition nur Werte zwischen 0 und 1 annehmen kann. Aus den Werten dieser f-Verteilung wird mit Hilfe des PLIC (piecewise linear interface calculation) Verfahrens die eigentliche Phasengrenzfläche rekonstruiert.
Anwendungsbeispiele
- Grouping-Phänomene in Tropfenketten
- Tropfenoszillation
- Tropfen-Wand, Tropfen-Tropfen und Tropfen-Film-Interaktion
- Tropfenaufprall auf struktuierte Oberfläche
- Tropfenpartikelkollision
- Wärme- und Stoffübergang an stark deformierten Tropfen
- Jet Breakup
- Aufstiegsverhalten von Gasblasen
- Turbulente Einströmung
- Verdampfender Tropfen
- Gefriervorgang
- Mehrkomponententropfen
Ausgewählte Publikationen
- M. Ibach, K. Schulte, V. Vaikuntanathan, A. Arad, D. Katoshevski, J. Greenberg, and B. Weigand, “Direct Numerical Simulations of Grouping Effects in Droplet Streams Using Different Boundary Conditions,” in ICLASS 2021, 15th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, 2021, vol. Edinburgh, UK, 29 Aug.-2 Sept. 2021. doi: https://doi.org/10.2218/
iclass.2021.5815. - J. Steigerwald, M. Ibach, J. Reutzsch, and B. Weigand, “Towards the Numerical Determination of the Splashing Threshold of Two-component Drop Film Interactions,” High Performance Computing in Science and Engineering ’20. Springer, 2020.
- J. Reutzsch, G. Raja Kochanattu, M. Ibach, C. Kieffer-Roth, S. Tonini, G. Cossali, and B. Weigand, “Direct Numerical Simulations of Oscillating Liquid Droplets: a Method to Extract Shape Characteristics,” ILASS-Europe 2019, 29th Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, vol. Paris, France, 2019.
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