Studentische Arbeiten (Details)

04.11.2019

Entwicklung einer Methode zur Simulation thermisch bedingter Oberflächenspannungsgradienten

Die meisten Strömungen in der Natur und der Technik bestehen aus mehr als einer Phase (fest, flüssig, etc.) oder einem Fluid (Öl, Wasser, etc.). Aus diesem Grund hat die numerische Berechnung solcher Mehrphasensysteme in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen.

Einer der bekanntesten Effekte, der durch unterschiedlichen Oberflächenspannungen hervorgerufen wird, ist der Marangoni-Effekt. Wenn zwischen zwei Phasen ein (bspw. thermisch bedingter) Oberflächenspannugsgradient vorherrscht, entsteht eine Strömung von Bereichen mit niedrigerer Oberflächenspannung hin zu Bereichen höherer. Für die Berechnung der Mehrphasenströmung wird die Volume-of-Fluid (VOF) Methode verwendet, wodurch die Grenzfläche zwischen den Phasen nur implizit vorhanden ist. Die Bestimmung der Wärmeleit- sowie Oberflächenspannugskoeffizienten stellen diesbezüglich eine Herausforderung dar.

Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung des Strömungslösers FASTEST. Es gilt den vorhanden Code für Zweiphasensysteme mit der Energiegleichung zu koppeln. Die Entwicklung und Implementierung einer temperaturabhängigen Oberflächenspannungskoeffizient ist durchzuführen. Anschließend sollen die Methoden mit entsprechenden Testfällen aus der Literatur verglichen werden.

Arbeitsschritte

• Betreute Einarbeitung in FASTEST (Inhouse Strömungslöser)

• Literaturrecherche zum Thema temperaturabhängige Oberflächenspannung

• Implementierung der Kopplung zwischen Energiegleichung und Mehrphasensystem

• Implementierung variabler Oberflächenspannung

• Entwicklung geeigneter Testfälle und Vergleich mit Literatur

• Dokumentation der Ergebnisse

Voraussetzungen

• Grundkenntnisse in numerischen Methoden zur Strömungssimulation

• Grundkenntnisse im Programmieren (Matlab, Fortran, etc.)

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