Forschergruppe 493
Fluid-Struktur-Wechselwirkung:
Modellierung, Simulation, Optimierung

Gefördert durch die DFG   

 


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P6 - Numerische Simulation von
Fluid-Struktur-Wechselwirkungen
auf kartesischen Gittern

Projektleiter:

Prof. Dr. H.-J. Bungartz
bungartz@in.tum.de
Technische Universität München
Institut für Informatik
Lehrstuhl V
Boltzmannstr. 3

85748 Garching
Dr. M. Mehl
mehl@in.tum.de
Technische Universität München
Institut für Informatik
Lehrstuhl V
Boltzmannstr. 3

85748 Garching

Projektbeschreibung:

Im Projekt P6 wird ein streng partitionierter Ansatz zur numerischen Simulation von Fluid-Struktur-Wechselwirkungen auf kartesischen Gittern weiterentwickelt. Hierbei werden zwei Hauptziele verfolgt, durch die das Projekt mathematische und informatische Aspekte vereint:

  • Die Entwicklung effizienter Verfahren zur Strömungsberechnung im Rahmen des partitionierten Ansatzes für Fluid-Struktur-Wechselwirkungsprobleme, wobei mit einer strikt kartesischen Finite-Volumen-Diskretisierung auf ortsfesten Gittern verwendet wird
  • Die Bereitstellung einer flexiblen Software-Umgebung für die effiziente Umsetzung der partitionierten Kopplung beliebiger Struktur- und Strömungslöser

Der Schwerpunkt der Arbeiten auf Seiten des Strömungslösers liegt zum einen auf der Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten kartesischer Diskretisierungen bei der Simulation von Fluid-Struktur-Wechselwirkungsproblemen, zum anderen auf der Weiterentwicklung des verwendeten Codes. Die Diskretisierung wird fortentwickelt mit dem Ziel größerer Stabilität, höherer Genauigkeit und höherer numerischer Effizienz. Weiter wird an einem laufzeiteffizienten Implementierungsschema für den Löser gearbeitet, der die Vorteile, die sich aus der Struktur der kartesischen Gitter ergibt, auch im Fall adaptiv verfeinerter Gitter in kurze Rechenzeiten umsetzt.

Der verwendete Code, der für die Behandlung zeitabhängiger laminarer Strömungen viskoser inkompressibler Fluide in veränderlichen dreidimensionalen Geometrien entwickelt wurde, wird auch hinsichtlich der Geometriebehandlung für die Simulation von Problemen der FSW weiterentwickelt, wobei hier die rekursive Substrukurierung des Berechnungsgebietes durch ein oktalbaumbasiertes Geometriemodell die entscheidende Schlüsselkomponente zur effizienten Behandlung der sich im Strömungsgebiet bewegenden Struktur darstellt. Zur Berechnung der Antwort auf die durch das strömende Fluid an der Strukturoberfläche wirkenden Kräfte bringt das Projekt P10 (Prof. Rank, Dr.-Ing. Düster) einen Löser zur strukturdynamischen Simulation in den partitionierten Ansatz ein.

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Bereitstellung einer modularen Software-Infrastruktur, die über einheitlich definierte Schnittstellen den einfachen Austausch von Komponenten gestattet und somit in der Forschergruppe beispielsweise zum Vergleich verschiedener Strukturlöser bzw. verschiedener Fluidlöser in unterschiedlichen Szenarien genutzt werden kann. Hierbei findet eine intensive Kooperation der Teilprojekte P6, P8 und P10 statt. Gemeinsam mit diesen Projekten wird an der Definition einer Client-Server basierten Kopplungsumgebung gearbeitet, die sowohl die Austauschbarkeit der Simulationswerkzeuge als auch des Kopplungsschemas ermöglicht.


 

Fluid-Struktur-Wechselwirkung an der Ventilklappeneinheit einer ventilgesteuerten Mikropumpe, wie sie in der Medizin- und Umwelttechnik eingesetzt wird. Dargestellt sind Stromlinien während der Einströmphase.


 

Schematische Darstellung der Kopplungsumgebung mit einem zentralen Client, der die Fluid-Struktur-Kopplung steuert und den Simulationsprogrammen, die auf Anfrage des Clients den physikalischen Zustand der Kopplungsoberfläche berechnen und an diesen zurückgeben.


Letzte Änderung: 2005-11-18 (mb)