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Chemischer
Gleichgewichtsrechner

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Direkte Numerische Simulation und Waveletanalyse
Mit der ständig wachsenden Rechenleistung und Speicherkapazität heutiger Computer gewinnt die direkte numerische Simulation (DNS) zur Durchführung grundlegender wissenschaftlicher Studien zunehmend an Bedeutung. Hierbei werden die dem Problem zugrunde liegenden partiellen Differentialgleichungen ohne weitere Parametrisierung feiner Skalen direkt gelöst. Die Problematik besteht darin, daß die modellfreie Simulation turbulenter Strömungen sehr rechenintensiv ist. Die turbulenten Zeit- und Raumskalen müssen komplett aufgelöst werden. Für beschränkte Parameterbereiche und einfache Geometrien kann die DNS für reaktive Strömungen angewandt werden.

Mit Hilfe der DNS können in gezielter Weise numerische Experimente durchgeführt werden, die modellfrei das intermittente Verhalten der Strömung voll berücksichtigen und somit tiefgehende und neue Einblicke in die Wirkungsweise turbulenter Strömungen ermöglichen.

Die hieraus gewonnenen Kenntnisse über die Wechselwirkung zwischen Turbulenz, Vermischung und chemischer Reaktion können anschließend dazu verwendet werden, vorhandene Turbulenz- und Mischungsmodelle zu validieren und gegebenenfalls zu verbessern.


 
 

Im Rahmen dieses Schwerpunkts wurden in den vergangenen Jahren auch folgende Forschungsprojekte bearbeitet:


DFG-Schwerpunktprojekt 1141: Direkte numerische Simulation, Analyse und Modellierung eines runden Freistrahls in einer ebenen Querströmung
(SPP_1141)
Der Ansatz dieses Projekts besteht in der Verwendung der als modellfrei zu betrachtenden direkten numerischen Simulationen im Zusammenhang mit modernen Auswertemethoden (wavelets), die eine simultane lokale und spektrale Analyse von Daten ermöglicht. Das System besteht aus einem runden Freistrahl, der in einer ebenen Querströmung eingemischt wird. Eine solche Konfiguration ist in vielen verfahrenstechnischen Apparaten wie bei vielen chemischen Reaktoren zur Synthese, bei der Abgasreinigung (DeNOx), in Turbinenbrennkammern oder bei der Vermischung der aus einem Schornstein austretenden Gase zu finden. Durchgef�hrt werden detaillierte Untersuchungen der Vermischung einer Düsenausströmung in einer Querströmung in drei räumlichen Dimensionen sowie dreidimensionaler Analysen mittels Waveletmethoden zur Analyse des lokalen Skalierungsverhaltens für dreidimensionale Datenfelder. Durch die sukzessive Ausweitung nach dem Baukastenprinzip helfen diese Studien, tiefgehende Einblicke in die Wechselwirkung von Transportprozessen in turbulenten Strömungen mit der Reaktionskinetik zu erlangen. Mit diesen Kenntnissen sollen in Zusammenarbeit mit den anderen Arbeitsgruppen bestehende Modelle zur Beschreibung z.B. von Mischungsprozessen überprüft und verbessert bzw. neue Modellansätze entwickelt und validiert werden.

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Sonderforschungsbereich 606. Instationäre Verbrennung: Transportphänomene, Chemische Reaktion, Technische Systeme Teilprojekt B8: Direkte Numerische Simulation Vorgemischter Turbulenter Flammen
(SFB_606_-_B8)
In subproject B8 direct numerical simulation (DNS) with detailed chemical reactions mechanisms and detailed transport models for species and heat are used to study premixed turbulent flame propagation under lean conditions. Also thermo-diffusive effects are included. Particular attention is directed to the effects of flame stretch, strain and curvature on the flame propagation. Performed computations are compared to experiments conducted in subprojedt A9. This project will contribute to the investigation and development of LES subgrid-scale model.

Combustion noise
(CN_Bo)
Übergeordnetes Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Entstehungsmechanismen sowie die quantitative Vorhersage des Verbrennungslärmes turbulenter Flammen. Als Berechnungswerkzeuge werden sowohl die Grobstruktursimulation bzw. LES (Large Eddy Simulation) als auch die DNS (Direkte Numerische Simulation) eingesetzt. Ein bislang im Rahmen von RANS (Reynold-Averaged-Navier-Stokes) – Berechnungen erfolgreich eingesetztes, auf Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen basierendes, Verbrennungsmodell soll zur Anwendung im LES-Kontext stufenweise weiterentwickelt werden. Der Einsatz des Modells im Rahmen einer kompressiblen LESFormulierung ermöglicht die direkte Berechnung des aus den grobskaligen Wirbeln herrührenden Anteils des Verbrennungslärmes. Die DNS-Simulationen erlauben zusätzlich die Untersuchung der aus der Feinstruktur stammenden Lärmanteile. Weiterhin können damit die für die LES-Feinstrukturmodelle verwendeten Modellierungskonzepte verfeinert werden und die im TP2 (Janicka) vorgenommene Rekonstruktion des Dichtesprunges verifiziert werden.


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