Effiziente Simulation komplexer Strömungen auf semi-strukturierten Gittern

In dieser Arbeit werden Techniken zur biharmonischen Gittergenerierung und effizienten Glättung entwickelt und auf komplexe, praktisch relevante zwei- und dreidimensionale Konfigurationen angewendet. Validierungen belegen, dass die durch biharmonische Verfahren generierten Netze von hoher Qualität sind und dass Mehrgitterverfahren nicht nur eine deutliche Konvergenzbeschleunigung, sondern auch eine verbesserte Stabilität gegeüber dem Eingitterverfahren erzielen. Zur Beschleunigung der Strömungssimulation mit dem SIMPLE-Algorithmus wird in der vorliegenden Arbeit ein modifiziertes Full Multigrid (FMG) Verfahren mit V-Zyklus entwickelt, bei dem die Startlösung inklusive der Turbulenzvariablen nicht vom feinen Gitter übertragen, sondern vom vorherigen Zyklus übernommen werden. Die Validierung erfolgt an ausgewählten zwei- und dreidimensionalen Testfällen. Als wichtige technische Anwendungsfälle werden die Simulation einer Stufenkörper-Diffusionsflamme und die instationäre Umströmung eines generischen KFZ-Außenspiegels vorgestellt. Für die Simulation der Diffusionsflamme wird das Flamelet-Modell implementiert und Ergebnisse für verschiedene Turbulenzmodelle erzeugt. Beim KFZ-Außenspiegel wird der DES Ansatz im Vergleich zu einer URANS Simulation eingeführt. Bei beiden Testfällen wird deutlich, dass die Wiedergabe der physikalischen Vorgänge stark vom Turbulenzmodellierungsansatz abhängig ist. Abstract In this work, techniques for the biharmonic generation and efficient smoothing of grids are developed and applied to complex, practically relevant two- and three-dimensional configurations. The validation proves the grid generated by biharmonic methods to be good quality, and that the multigrid method results in not only a clear convergence acceleration, but also an improved stability compared to the single grid method. For the acceleration of flow simulations with the SIMPLE-algorithm, a modified Full Multigrid (FMG)-method with V-cycle has been developed, in which the starting solution, including the turbulence quantities, is not taken from the finer grid but from the previous cycle. Some two- and three-dimensional cases are validated. As important technical applications the simulations of a bluff-body flame and the unsteady flow around a generic car wing mirror are presented. For the diffusion flame simulation the Flamelet-model is implemented and the results for different turbulence models are obtained, while in the case of the mirror as an alternative to RANS, the DES tion is applied. Both test cases indicate that the reproduction of the physical precesses is strongly dependent on the turbulence model used.