Numerik für mehrphasige Strömungen mit Feststoffpartikeln

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In diesem Fortsetzungsprojekt sollen die mathematischen Grundlagenarbeiten zu FEM Level-Set Techniken für mehrphasige Probleme mit flüssig-flüssig Grenzflächen (TP A2) und zu Fictitious- Boundary Methoden für Feststoffpartikel (TP A3) erweitert werden. Ziel ist es dabei, neue Eulersche Ansätze für partikelbehaftete Strömungen von Patankar, Cottet und Blasco, die ohne explizite Berechnung der hydrodynamischen Kräfte auf der Oberfläche der Partikel auskommen, mit den in der 1.Phase neuentwickelten Level-Set Techniken zur Beschreibung der Grenzfläche, d.h. der Partikeloberfläche, zu kombinieren. Die Vorteile dieser neuen Methode sind zum einen die Vermeidung der direkten Berechnung der hydrodynamischen Oberflächenkräfte auf den Partikeln, deren (unbekannte) zeitabhängige Position in gekoppelter 2-Wege Interaktion mit der umgebenden Strömung steht. Weiterhin können mit diesem Zugang sowohl bewegliche Grenzflächen (flüssig-flüssig, flüssig-gas) wie auch flüssig-fest Konfigurationen in einem einzigen Code realisiert werden, so dass die hohe Effizienz, Genauigkeit und Flexibilität von modernen Level-Set bzw. Volume-of-Fluid Methoden auch für partikelbehaftete Strömungen genutzt werden kann. Auf Anwendungsseite soll das Verhalten von hochkonzentrierten Suspensionsstrahlen in laminaren Umgebungsfluiden bzgl. Clusterbildung und Herstellung von Suspo-Emulsionen gemeinsam mit Partnern untersucht werden.