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Partikelverfahren mit Strahlungslöser zur Simulation hochenthalper Nichtgleichgewichts-Plasmen

Antragsteller Dr.-Ing. Marcel Pfeiffer
Fachliche Zuordnung Strömungsmechanik
Förderung Förderung von 2017 bis 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393159129
 
Erstellungsjahr 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das zentrale Ziel dieses Forschungsprojektes war die Entwicklung gekoppelter Simulationsmodelle für Strahlungs-, Strahlungstransport- und Strömungslöser, um komplexe Nichtgleichgewichtsplasmen und -gase mit entsprechenden Strahlungseffekten simulieren zu können. Ausgangspunkt war der existierende PICLas-Löser, in dem diverse partikelbasierte Nichtgleichgewichtslöser für Gas- und Plasmaströmung bereits implementiert waren. PICLas konnte um einen HPC fähigen Line-by-Line Strahlungslöser erweitert werden, welcher so erweitert wurde, dass auch starke Nichtgleichgewichte zwischen den einzelnen Spezies der Strömung sowie auch innerhalb der verschiedenen inneren Freiheitsgrade berücksichtigt werden können. Zusätzlich wurde ein Monte-Carlo basierter Strahlungstransportlöser (STL) für 3D-, 2D-rotationssymmetrische und 2D-Fälle implementiert. Dieser wurde mit verschieden Rauschminderungstechniken erweitert und entsprechend verifiziert und validiert. Auch der STL kann dabei auf HPC-Systemen genutzt werden. Zur besseren Kopplung des STL mit dem Strömungslöser wurden auch verschiedene Rauschminderungstechniken für die partikelbasierten Strömungslöser untersucht und entwickelt. Außerdem wurden partikelbasierte Löser weiterentwickelt, welche deutlich effizientere Simulationen im Transitionsbereich ermöglichen, da in diesem Bereich meist besonders hohe Strahlungslasten entstehen. Es wurden zwei verschiedene Kopplungsmechanismen entwickelt, um die Lösung des STL zurück in den Strömungslöser zu koppeln. Mit einer der beiden Methoden konnten dabei schon sehr gute Ergebnisse für den FIRE II Wiedereintritt im Vergleich zu experimentellen Messungen erzielt werden. Durch das Projekt sind Simulationen zahlreicher komplexer physikalischer Probleme möglich geworden und die entwickelten Algorithmen werden in verschiedenen weiteren Projekten eingesetzt. So konnte aufbauend auf diesem Projekt der ERC Starting Grant ”MEDUSA”gewonnen werden, in welchem die Arbeiten an PICLas fortgeführt werden können.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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