Development of a growth model for the lattice Boltzmann method to calculate the pattern formation during solidification from melt

• Applicant: Dr. Wolfram Miller
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2001 to 2005
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5349853

Die Struktur eines erstarrten Festkörpers hängt bei vielen natürlichen Prozessen auch wesentlich von der Schmelzströmung zur Zeit der Erstarrung ab. Je nach Prozeß kann diese Strömung komplexe Strukturen aufweisen. Es ist deshalb erforderlich, sowohl den Phasenübergang als auch die Strömung auf mesoskopischer Skala zu berechnen. In der Regel werden Kontinuumsmodelle verwendet, wobei entweder die Strömungsberechnung (Enthalpie-Modelle) oder die Berechnung der Aggregatform (Phasenfeld-Modell) im Vordergrund steht. Als Alternative bietet sich die auf der Mikrodynamik von Quasi-Teilchen beruhende Gitter-Boltzmann-Methode (LBM) an, die in den letzten Jahren erfolgreich auf die Berechnung von Strömungen und Strukturbildungsprozessen insbesondere auch bei komplexen Fluiden angewendet worden ist. Erste Rechnungen mit einem Wachstumsmodell für den Phasenübergang flüssig/fest zu ein- und zweidimensionalen Testproblemen zeigen eine quantitativ gute Übereinstimmung mit analytischen Ergebnissen. Ziel des beantragten Projektes ist die zwei- und dreidimensionale Berechnung des Wachstums aus der Schmelze, insbesondere im Hinblick auf die Wechselwirkung von thermischer Konvektion und Wachstum. Dazu soll das Wachstumsmodell erweitert und eingehend untersucht werden sowie der Algorithmus für parallele Plattformen optimiert werden.

• DFG Programme: Research Grants