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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-37629
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/3762/


Diehl, Dennis

Higher order schemes for simulation of compressible liquid-vapor flows with phase change

Verfahren höherer Ordnung zur Simulation kompressibler Zwei-Phasen Strömungenmit Phasenübergang

Dokument1.pdf (6.866 KB) (md5sum: 46448079130c70132a6f17a4924afca4)

Kurzfassung in Englisch

The aim of this thesis is the numerical simulation of two-phase flows
undergoing dynamical phase transitions.
Such flows are of highly industrial interest since collapsing cavitation
bubbles are responsible for erosion damage on ship propellers, pumps
and turbines. Lord Rayleigh recognized in 1917 that collapsing vapor
bubbles can cause this kind of damage.
In this work the flow is modeled by the Navier-Stokes-Korteweg equations
which belong to the class of Diffuse-Interface models. We develop
efficient and reliable numerical schemes based on modern numerical techniques
such as higher order Discontinuous Galerkin schemes, local mesh adaption,
parallelization and load-balancing in multiple space dimensions.
We provide a software package (written in C++) for the discretization
of general time dependent partial differential equations. The
discretization of the Navier-Stokes-Korteweg model is done on the
basis of this package.
For the validation of the resulting schemes special (quasi-exact) solutions
are constructed. Several benchmarks show the efficiency and reliability
of the methods.
However, physical experiments are not available on the length scale that
can be simulated and therefore the results cannot compared to real world data.


Kurzfassung in Deutsch

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung effizienter Discontinuous Galerkin
Verfahren zur numerischen Simulation von Zwei-Phasen Strömungen,
die den Effekt des Phasenübergangs beinhalten. Diese Art von Strömungen
ist von besonderem Interesse für industrielle Anwendungen, da entstehende
Kavitationsblasen Schäden an Schiffsschrauben, Pumpen oder Turbinen
verursachen können. Diesen Effekt der Kavitationsschäden beobachtete
Lord Rayleigh bereits 1917.
Als Modell wird in dieser Arbeit das Navier-Stokes-Korteweg System verwendet,
welches eine Erweiterung der kompressiblen Navier-Stokes
Gleichungen darstellt.
Wir entwickeln effiziente numerische Verfahren basierend auf dem
Discontinuous Galerkin Ansatz, lokaler Gitteradpation, Parallelisierung
und Lastausgleich in mehreren Raumdimensionen. Daraus ist ein Software
Paket (geschrieben in C++) zur Diskretisierung allgemeiner, zeitabhängiger
partieller Differentialgleichungen entstanden, auf dessen Basis
das Navier-Stokes-Korteweg Modell diskretisiert wird.
Zur Validierung der Verfahren werden (quasi-exakte) Lösungen konstruiert
und als Benchmarks verwendet um Effektivität und Effizienz zu demonstrieren.


SWD-Schlagwörter: Diskontinuierliche Galerkin-Methode , Numerische Strömungssimulation , Computersimulation , Paralleler Algorithmus , MPI <Schnittstelle>
Freie Schlagwörter (englisch): Computational Fluid Dynamics , van-der-Waals fluid , Navier-Stokes-Korteweg equations , phase transition , local mesh adaption , unstructured mesh
Institut: Institut für Angewandte Mathematik
Fakultät: Fakultät für Mathematik und Physik
DDC-Sachgruppe: Mathematik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Kröner, Dietmar (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.12.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 12.12.2007
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