Direkte numerische Simulation und Modellierung der fluiddynamischen Prozesse beim Primärzerfall eines turbulenten Flüssigkeitsstrahls

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Die fluid- und gasdynamischen Vorgänge in der Primärzerfallszone von turbulenten Flüssigkeitsstrahlen sind heutzutage noch weitgehend unverstanden. Sowohl experimentelle als auch numerische Methoden bedürfen weiterer Verbesserungen, um die dort ablaufenden Prozesse detailliert zu untersuchen. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll erstmalig ein Ansatz auf Basis einer Feldgleichung verwendet werden, der eine fundierte Modellierungsstrategie des Primärzerfalls ermöglicht. Hierzu soll ein hybrides Tracking-Capturing-Verfahren, welches sich für die Simulation von Flammendiskontinuitäten in turbulenten Strömungen und einfachen Testfällen von Zweiphasenströmungen bewährt hat, weiterentwickelt werden, um de direkte numerische Simulation der Phasentrennflächendynamik in der Primärzerfallszone turbulenter Fluidstrahlen zu ermöglichen. Die DNS-Ergebnisse sollen helfen, den turbulenten Primärzerfall in einzelne Regimes zu unterteilen. Darauf aufbauend soll eine Level-Set-Gleichung modelliert werden, die die relevanten physikalischen Prozesse direkt beinhaltet. Diese bildet die Grundlage für die Formulierung eines LES-Physengrenzflächen-Modells, welches die Grossskaligen Phasengrenzflächenprozesse auflöst, und die Subgrid-Prozesse modelliert. Dieses Modell ermöglicht die Simulation des turbulenten Primärzerfallsprozesses mit den der ingenieurmäßigen Anwendung zur Verfügung stehenden Rechnerressourcen.