Bachelor- und Masterarbeiten im Sommersemester Numerische Simulation ausgewählter Testfälle mit OpenFOAM

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1 3 Numerische Simulation ausgewählter Testfälle mit OpenFOAM 3.1 Vorentwicklung von Routinen und Verfahren zur automatisierten Erstellung von Rechengittern Für ein zufriedenstellendes Rechenergebnis der numerischen Simulation ist oftmals ein möglichst homogenes Rechengitter die Grundlage. Allerdings erfordert die Erstellung der Rechengitter viel Erfahrung und Zeit für komplexe Geometrien. Daher wird im Rahmen studentischer Arbeiten eine neue Methode zur automatisierten Gittergenerierung umgesetzt und getestet. Mit dem freien Zugang zum SourceCode im Programm OpenFOAM sind die bereits bestehenden Verfahren direkt sichtbar und sollen im Rahmen der Arbeit erweitert werden. Anhand von ausgewählten Testfällen (z.b. Schiffsrumpf, strukturierte Oberflächen, Tragflügel) sind die entsprechenden Routinen zu testen und anhand der numerischen Simulation auszuwerten. 1. Umgang mit dem Programm OpenFOAM. 2. Erstellung von Verfahren zur automatisierten Gittergenerierung bestimmter Testfälle. 1. Einarbeitung in Linux und OpenFOAM. 2. Einarbeitung in die C++ Programmierung und numerische Simulation. 3. Entwicklung einer Strategie zur technischen Umsetzung. 4. Auswertung der erstellten Rechengitter anhand geeigneter Testfälle. Diese Arbeit ist Teil des PROMOTE Projektes. Voraussetzungen: Interesse an Linux und numerischer Simulation. Betreuer: Prof. N. Kornev, Dr.-Ing. J. Turnow Uni Rostock 1 LeMoS

2 3.2 Numerische Simulation einer turbulenten Strömung über periodische Hügel Der Testfall flow over periodic hills ist in der numerischen Strömungsmechanik weit verbreitet. Er eignet sich für den Test von Turbulenz-, Feinstruktur- und Wandmodellen. Die betrachtete Geometrie besteht aus einem ebenen Kanal, an dessen unterer Wand in gleichen Abständen hügelförmige Verengungen erscheinen. Die turbulente Strömung über die Hügel führt zu einer massiven Ablösung und zu einem Rezirkulationsbereich hinter den Hügeln. In dieser Arbeit sollen zunächst die verschiedenen Schließungsmodelle für die RANS-Verfahren auf ihre Eigenschaften untersucht werden. 1. Umgang mit dem Programm OpenFOAM. 2. Numerische Simulation der turbulenten Strömung über periodische Hügel mittels RANS-Verfahren. 1. Einarbeitung in Linux und OpenFOAM. 2. Generierung mehrerer Rechengitter mit unterschiedlichen Topologien. 3. Numerische Simulation mittels RANS-Verfahren und verschiedener Turbulenzmodelle. 4. Auswertung der Ergebnisse hinsichtlich mittlerer Geschwindigkeitsprofile und Wiederanlegebereich. Voraussetzungen: Interesse an Linux und numerischer Simulation. Betreuer: Prof. N. Kornev, Dipl.-Ing. T. Norden Uni Rostock 2 LeMoS

3 3.3 Numerische Simulation der Umströmung eines vereinfachten Kraftfahrzeugmodells mittels hybriden URANS-LES Verfahren Instationäre Effekte in Nachläufen von Fahrzeugen haben einen großen Einfluss auf ihre Performance. Diese instationären Effekte können nur unzureichend mittels URANS-Verfahren aufgelöst werden. Eine Möglichkeit diese darzustellen, wäre eine Large-Eddy-Simulation. In praktischen Ingenieursanwendungen sind die Reynoldszahlen meist jedoch so hoch, dass eine LES, aufgrund der benötigten Gitterzellen, unpraktikabel ist. Aus diesem Grund wurde am ein hybrides Verfahren entwickelt, bei dem die wandnahe Strömung mittels URANS-Verfahren berechnet wird und die wandferne mittels LES. Abbildung 1: c Richard Pasquetti, Universite de Nice-Sophia-Antipolis In dieser Arbeit soll das hybride Verfahren am Beispiel eines Kraftfahrzeugmodells untersucht werden. Dazu wird der, in der Literatur weit verbreitete, Testfall des Ahmed-Körpers simuliert. 1. Umgang mit dem Programm OpenFOAM. 2. Numerische Simulation der Umströmung des Ahmed-Körpers. 1. Einarbeitung in Linux und OpenFOAM. 2. Erstellung eines CAD-Modells des Ahmed-Körpers. 3. Generierung von Rechengittern mit unterschiedlichen Topologien. 4. Numerische Simulation mittels hybriden URANS-LES Verfahren unter Variation der Modellparameter. 5. Auswertung der Ergebnisse, Vergleich mit experimentellen Ergebnissen und Ergebnissen anderer hybriden Methoden. 6. Abschlussbericht. Voraussetzungen: Interesse an Linux und numerischer Simulation. Betreuer: Prof. N. Kornev, Dipl.-Ing. T. Norden Uni Rostock 3 LeMoS

4 3.4 Erstellung eines parametrischen Modells eines Plattenwärmeübertragers Die thermo-hydraulischen Eigenschaften eines Plattenwärmeübertragers sind sehr stark abhängig von der Oberflächenstruktur der Platten. Heutzutage wird in den meisten Anwendungen die Winkel-Wellen- Prägung verwendet. Eine Verbesserung des Wärmeübergangs durch die Oberflächenstrukturen geht fast immer mit einer erheblichen Erhöhung des Druckverlust einher. Ziel ist es daher eine Oberflächenstruktur zu finden, die einen möglichst hohen Wärmeübergang und einen möglichst kleinen Druckverlust verursacht. In dieser Arbeit soll ein parametrisches Modell einer Platte eines Wärmeübertragers erstellt werden, so dass beispielsweise die Prägetiefe und die Radien der Wellungen ohne großen Aufwand verändert werden können. Anschließend sollen Rechengitter erzeugt werden und einzelne Veränderungen der Platte in numerischen Simulationen untersucht werden. 1. Erstellung eines parametrisierten CAD-Modells 2. Umgang mit dem Programm OpenFOAM. 1. Einarbeitung in CAD-Software 2. Erstellung eines parametrisierten Modells 3. Einarbeitung in Linux und OpenFOAM. 4. Generierung von Rechengittern mit unterschiedlichen Topologien. 5. Auswertung der erstellen Rechengitter anhand von Testrechnungen. 6. Abschlussbericht. Voraussetzungen: Interesse an CAD, Linux und numerischer Simulation. Betreuer: Prof. N. Kornev, Dipl.-Ing. T. Norden Uni Rostock 4 LeMoS

5 3.5 Entwicklung von Routinen und Verfahren zur automatisierten Visualisierung unter Anwendung der Open-Source-Programme Paraview und Blender Für die Auswertung und Darstellung numerischer Rechenergebnisse werden immer häufiger Open-Source- Programme wie Paraview oder Blender verwendet. Mittels ihres enormen Umfangs können diese Programme die übergebenen, numerischen Daten in hochaufgelöste Bilder oder/und Videos umgewandelt und dargestellt werden. Um weiterhin große Datenmengen und Zeitreihen auswerten zu können kann eine Automatisierung mittels der Programmiersprache Python vorgenommen werden. Dieses ermöglicht eine einfache, schnelle und parametrisierte Auswertung, ohne dass der Anwender viel Zeit in die Einarbeitung der Daten aufwenden muss. Die Entwicklung und Implementierung einer solchen Auswertungsroutine soll hierbei im Rahmen einer studentischen Arbeit stattfinden. Weiterhin umfasst die Arbeit den Entwurf einfacher Testfälle, die den Ablauf der implementierten Routine verdeutlichen sollen. 1. Umgang mit den Programmen Blender und Paraview. 2. Erstellung von Verfahren zur automatisierten Visualisierung. 1. Einarbeitung in Linux. 2. Einarbeitung in die Programmiersprache Python 3. Entwicklung einer Strategie zur technischen Umsetzung. 4. Darstellung der entwickelten Verfahren anhand eigener Testfälle. Voraussetzungen: Interesse an Linux und der Programmiersprache Python. Betreuer: Dipl.-Ing. J. Klunker Uni Rostock 5 LeMoS

6 Bachelor- und Masterarbeiten im Sommersemester Berechnung von Partikelablagerungen auf strukturierten Oberflächen Ablagerungsprozesse in Wärmeübertragern sind ein ernstzunehmendes Problem. Nicht nur die Verminderung der Effektivität, sondern auch die Reinigung einer solchen Anlage erzeugt erhebliche Kosten. Mit steigender Rechenleistung der heutigen Clustersysteme gewinnt neben der experimentellen auch die numerische Untersuchung solcher Prozesse immer mehr an Bedeutung. Im Gegensatz zu experimentellen Untersuchungen können mittels der Numerik schnell und effektiv unterschiedlich strukturierte Oberflächen nachgebildet, untersucht und ausgewertet werden. Zu diesem Zweck soll im Rahmen einer studentischen Arbeit Rechengitter unterschiedlich strukturierter Oberflächen erzeugt und die resultierenden Ergebnisse untersucht und ausgewertet werden. Drei Ziele werden formuliert: 1. Erlangung von Kenntnissen über Fouling. 2. Umgang mit dem Programm OpenFOAM. 3. Erstellung von Auswertungsroutinen, in Bezug auf Partikelablagerungen. 1. Einarbeitung in die Thematik Fouling (Ablagerungsprozesse) 2. Einarbeitung in Linux. 3. Einarbeitung in die C++ Programmierung und numerische Simulation. 4. Auswertung der Ergebnisse. Voraussetzungen: Interesse an Fouling, Linux und der Programmiersprache C++. Betreuer: Dipl.-Ing. J. Klunker Uni Rostock 6 LeMoS

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