Numerische und experimentelle Untersuchung der Fluid-Struktur-Wechselwirkung für turbulente dreidimensionale Strömungen - Prinzipkonfiguration FLUSTRUC

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Das Ziel des Projektes ist die Durchführung des Prinzipexperiments FLUSTRUC-A zur Fluid-Struktur-Wechselwirkung sowie grundlegende numerische Untersuchungen zu gekoppelten, partitionierten Simulationsverfahren anhand dieses Testfalls. Für diese anspruchsvolle Problemstellung fehlen geeignete experimentelle Untersuchungen zur Validierung und Bewertung der Berechnungsverfahren. Im Gegensatz zu vielen bisherigen Untersuchungen, bei denen ausgehend von konkreten technischen Fragestellungen Messungen an verkleinerten Modellen unter der schwer zu erfüllenden Auflage der Einhaltung möglichst aller Ähnlichkeitsparameter durchgeführt wurden, ist das Prinzipexperiment ohne diese Beschränkungen speziell als Validierungsbasis für die numerischen Arbeiten im Rahmen der Forschergruppe ausgelegt. Als Basiskonfiguration wurde dazu nach Vorversuchen eine drehbar gelagerte Platte gewählt, an deren Rückseite eine dünne flexible Membranstruktur angebracht ist und die von der (laminaren/turbulenten) Strömung zu zweidimensionalen Schwingungen angeregt wird. Bei der Auslegung des Experiments wird darauf geachtet, klar definierte Randbedingungen für die Numerik sicherzustellen. FLUSTRUC-A soll für die netzgestützte Forschergruppe als Validierungs- und Evaluierungs-Testfall im Bezug auf Modellierungsaspekte dienen. Ausgangspunkt für die numerischen Untersuchungen im Teilprojekt ist ein partitionierter (impliziter) Lösungsansatz, bei dem ein CFD-Code (FVM) mit einem CSD-Programm (FEM) dynamisch gekoppelt wurde. Beide Programme sind für ihre jeweiligen Einsatzbereiche optimal angepasst und vielfältig validiert. Für den Datenaustausch werden Kopplungsbibliotheken (MPCCI) eingesetzt. Die aufwendigen dreidimensionalen und instationären Simulationen werden u.a. auf dem Bundeshöchstleistungsrechner (Hitachi SR 8000 F-1) durchgeführt. Im Projekt sollen grundlegende Untersuchungen zu Interpolationstechniken, Kopplungsalgorithmen, Zeitintegrationsverfahren sowie geeigneten Formulierungen der Gitterbewegungen durchgeführt werden. Hierbei ist eine enge Kooperation mit den Projektpartnern geplant, die das Prinzipexperiment mit anderen Ansätzen simulieren, wodurch eine Bewertung der unterschiedlichen Techniken möglich wird. In der zweiten Phase soll für den turbulenten Fall die LES-Technik eingesetzt werden.