Strömungen mit Partikeln in industriellen Anwendungen

Teilnehmer

AM 3

• Eberhard Bänsch
• Rodolphe Prignitz

Extern

• Wolfgang Peukert
• Jochen Schmidt

Beschreibung

Die Strömung von Partikeln in einem Fluid kann man in zahlreichen industriellen Anwendungen finden, die Sedimentation, Verflüssigung, oder Schmierung beinhalten, zum Beispiel ind der Nahrungs- oder Papierherstellung. Rheologische Effekte partikelbehafteter Strömungen zu verstehen ist wichtig für das Design und den effizienten Betrieb dieser Prozesse. Obwohl solche Strömungen oft verwendet werden, ist es immer noch eine große experimentelle Herausforderung die korrekten Prozessparameter zu bestimmen.

Unser Ziel ist es effiziente Algorithmen und Programme zur Simulation partikelbehafteter Strömungen zu entwickeln. Für ein industrielles Forschungsprojekt benötigen wir schnelle und genaue Lösungen. Die Ergebnisse unserer Arbeit werden das physikalische Verständnis von Dispersionen mit einem hohen Volumenanteil von Partikeln verbessern.

Zur Simulation solcher Prozesse betrachten wir numerisches Modell eines Newtonschen Fluids mit starren Partikeln. Die Partikel können durch molekulare oder elektrische Kräfte interagieren. Die Methode verwendet eine Finite-Elemente-Diskretisierung im Raum und eine Operator-Splitting-Technik für die Zeitdiskretisierung und basiert auf der Arbeit \citet{tesla}. Anstatt eines Lagrange-Multiplikators wird allerdings eine Unterraumprojektion verwendet, um die Partikelbewegung mit der Fluidbewegung zu koppeln. Der Vorteil dieses Zugangs ist die implizite Behandlung von Partikel und Fluid. Zusammen mit lokaler Gitterverfeinerung erhält man einen schnellen und genauen Algorithmus für die Simulation großer Zahlen von Partikeln in einer Strömung.