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

Innerhalb des beantragten Projekts soll erstmals eine mikroskopische Methode der Kopplung zwischen partikelbasierten numerischen Strömungsverfahren und einem Strahlungslöser für das Strömungsfeld entwickelt werden. Somit wäre erstmals auch eine detaillierte numerische Betrachtung strahlender Plasmen im starken thermischen und chemischen Nichtgleichgewicht möglich, wie es z.B. beim Wiedereintritt von Raumfahrzeugen, elektrischen Raumfahrtantrieben und diversen anderen Plasmaanwendungen vorkommt. Bisherige Ansätze zur Behandlung dieser Problemstellung sind mehrheitlich auf eine Kopplung klassischer CFD-Verfahren mit Strahlungslösern aufgebaut. Der Nachteil dieser Methoden ist jedoch, dass sie bei starken thermischen und chemischen Nichtgleichgewicht ihre physikalische Gültigkeit verlieren. Außerdem sind die inneren Anregungszustände der Atome und Moleküle (rotatorische, vibratorische, elektronische Anregung) mit CFD-Verfahren nur unter sehr großen Aufwand zu modellieren (Problem der quantisierten Zustände). Diese sind jedoch fundamental für die in der Strömung auftretenden Strahlungseffekte. Die entwickelten Methoden zur Kopplung sowie zur effizienten Lösung der Strahlungstransportgleichung sollen schließlich an Anwendungsfällen getestet und mit experimentellen Daten verglichen werden (Hayabusa, Stardust Wiedereintritt). Es wird erwartet, dass die gemessenen Strahlungsspektren mit dem neu entwickelten Verfahren deutlich besser abgebildet werden können, da die inneren Anregungszustände in der Strömung genauer beschrieben werden. Somit sollten die Ergebnisse ein grundlegenderes Verständnis experimenteller Ergebnisse und Effekte in Plasmen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Stefan Löhle