Numerical Simulation of Fluid-Structure Interaction on cartesian Grids

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Im Projekt P6 der Forschergruppe 493 soll ein streng partitionierter Ansatz zur numerischen Simulation von Fluid-Struktur-Wechselwirkungen weiterentwickelt und an prototypischen und zugleich technisch relevanten Modellkonfigurationen erprobt werden. Für die Strömungsberechnungen wird der auf kartesischen Gittern arbeitende MAC-Code Nast++, entwickelt für die Behandlung zeitabhängiger laminarer Strömungen viskoser inkompressibler Fluide in veränderlichen dreidimensionalen Geometrien, angepasst und eingesetzt. Zur Berechnung der Antwort der flexiblen Strukturen bringen die Partner unterschiedliche Methoden bzw. Löser zur strukturdynamischen Simulation in den partitionierten Ansatz ein.Nach zunächst vorzunehmenden Verbesserungen bzw. Erweiterungen von Nast++ hinsichtlich Geometrierepräsentation (oktalbaumbasiert), adaptiver Verfeinerung, robuster Mehrgitterlösung sowie Randapproximation soll die voll transiente (implizite) Kopplung im Sinne der partitionierten Lösung realisiert und im Hinblick auf Robustheit und Stabilität untersucht und optimiert werden. Zur Validierung sollen vor allem Prinzipexperimente, z.B. FLUSTRUC-A (P4, Außenströmung), dienen. Dabei soll insbesondere die Tauglichkeit des Ansatzes im Hinblick auf verschiedene Parameter wie Ausmaß der Bewegung (abhängig von der Elastizität der Strukturen) oder Strömungsgeschwindig bzw. Reynolds-Zahl (zunächst im laminaren Bereich) studiert werden.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. Als zentrales Datenmodell soll dabei die Space-Tree-Datenstruktur (mit Rand- bzw. Oberflächeninformation attributierter Oktalbaum) zum Einsatz kommen. Das Space-Tree-Konzept ermöglicht es, die hierarchisch-kartesische Raumpartitionierung mit der für die in der Forschergruppe untersuchten oberflächengekoppelten Problemstellungen erforderlichen geometrischen Auflösung und Flexibilität zu verbinden. Insofern verspricht dieser Aspekt, für die Projekte in der Forschergruppe, die partitionierte Strategien verfolgen und unterschiedliche Werkzeuge einsetzen, einen stark integrierenden Charakter zu haben.