Animiertes Zusammenspiel zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten
Ob für die Kapselzündung bei der Trägheitsfusion oder zur Untersuchung der Mechanik von Supernovae: die Bewegung von Fluiden zu simulieren, ist alles andere als einfach. Flüssigkeiten und Gase interagieren miteinander und mit festen Materialien. Darüber hinaus können diese Wechselwirkungen bei hohen Drücken und Temperaturen auftreten. Um das Zusammenspiel zwischen Flüssigkeiten und festen Materialien zu simulieren, arbeiteten Wissenschaftler an einem Open-Source-CFD-Code. girdap wurde im Rahmen des Projekts CART3DADAPT (Marker-based, 3-D adaptive Cartesian grid method for multiphase flow around irregular geometries) für Forschung und Ausbildung entwickelt. Der neue CFD-Code liefert die Bausteine für numerische Simulation komplexer Gleichungen der Strömungsdynamik, wie etwa die Navier-Stokes-Gleichungen. Er soll zeitaufwändige Programmierungsdetails bei der Entwicklung von neuen numerischen Algorithmen vermeiden, ist aber auch einfach genug, um Studenten bestehende Algorithmen zu erklären. In girdap wurden zwei verschiedene Techniken kombiniert, die es erlauben, numerische Simulationen auf einem Gitter zu berechnen. Ein stationäres (Eulerian) Gitter wird angelegt, um das Strömungsfeld aufzulösen, während bewegliche (Lagrangian)-Oberflächenmaschen das Gitter so modifizieren, dass es mit der Flüssigkeit-Luft-Grenzfläche und festen Grenzen übereinstimmt. Die unabhängigen, aber miteinander verbundene Rasterlayouts wurden kombiniert, um den Fluidstrom zu lösen und die Flüssigkeit-Schnittstelle und feste Grenzen zu behandeln, was einen effektiven Flüssigkeitssimulator verspricht. Auf der anderen Seite stellen automatisierte Gitterverfeinerung und Vergröberung auf Basis des Lösungsfeldes sicher, dass Flüssigkeitssimulationen eine hohe Genauigkeit aufweisen. Der Code von CART3DADAPT steht unter Github frei zur Verfügung, um die Forschung in der numerischen Simulation von Fluid-Feststoff-Wechselwirkungen zu verbessern.
Schlüsselbegriffe
Flüssigkeitsstrom, CFD-Code, girdap, CART3DADAPT, numerische Simulationen, Navier-Stokes-Gleichungen
