Herleitung und Realisierung von FEM-Diskretisierungen und Mehrgitter-Lösern zur effizienten numerischen Simulation von mehrphasigen Strömungen in Blasensäulenreaktoren

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Ziel dieses Projektes ist die Erweiterung der vorhandenen hocheffizienten Komponenten zur numerischen Simulation von einphasigen, inkompressiblen Strömungen in 2D/3D auf den Fall mehrphasiger Konfigurationen. Dazu sollen die bisher entwickelten und schon im Programmpaket FEATFLOW realisierten numerischen Ansätze für die inkompressiblen Navier-Stokes Gleichungen (spezielle nichtkonforme FEM-Diskretisierungen mit Upwind/Stromlinien-Diffusions Stabilisierung, semi-adaptive Ortsgitter, voll-implizierte Zeitschrittverfahren mit adaptiver Schrittweitensteuerung, Pressure-Schur-Complement Methoden für Sattelpunktprobleme, rigorose Mehrgitteranwendung) auf zweiphasige Strömungen in Blasensäulenreaktoren angewendet werden. Als eine der Hauptaufgaben müssen gekoppelte Systeme von (nichtlinearen) transport-dominierten Gleichungen für die Gas-Phase und für die chemischen Reaktionen mit Massenaustausch an den Navier-Stokes Teil für die Flüssigkeit dahingehend angekoppelt werden, daß die einzelnen neuen Teilprobleme hinreichend genau approximiert und effizient gelöst werden können und das gekoppelte Gesamtsystem mit einer hohen Gesamteffizienz numerisch simuliert werden kann. Damit sollen numerische Mehrphasensimulationen mit ähnlicher Güte durchgeführt werden können wie schon in FEATFLOW für komplexe, instationäre Strömungen realisiert werden konnte.