Application and reformulation of a compressible multi-component levelset method for the simulation of boundary-dominated flow configurations

Abstract

[EN] The ALPACA compressible multiphase solver, developed by the Nanoshock workgroup of the Chair of Aerodynamics and Fluid Mechanics, is being employed for flow configurations involving different fluid phases which can with each other at supersonic speeds. It employs a levelset interface approach which allows a conservative treatment of the fluid interface. The present work will deal with the proposal of reformulating and modifying the usage of the levelset interface method in order to allow for the simulation of boundary-dominated flow configurations involving a fluid phase and rigid body boundaries. Therefore, the necessary changes are implemented in the code and the validation of the new method is achieved through the calculation of several cases from external source papers and through qualitative and quantitative comparison of the obtained results.

[DE] Der ALPACA Solver für kompressible Mehrphasenströmungen ist von der Nanoshock-Arbeitsgruppe des Lehrstuhls für Aerodynamik und Strömungsmechanik entwickelt worden. Er wird für Strömungszustände mit verschiedenen Fluidphasen angewandt, die miteinander interagieren. Darüber hinaus können ÜBerschallphänomene, wie z.B. Verdichtungstöße oder laufende Wellen, simuliert werden. Die LevelsetMethode für die Phasengrenze erlaubt eine konservative Behandlung der Grenze zwischen den verschiedenen Fluiden. Die vorhandene Arbeit beschäftigt sich mit der Umformulierung und Veränderung der Nutzung der Levelset-Phasengrenzmethode, um die Berechnung randbedingungsdominierter Strömungzustände zu ermöglichen, die sowohl eine Fluidphase als auch eine Festkörperrandbedingung umfassen. Danach werden die nötigen Veränderungen in den Code implementiert. Die Validierung der neuen Methode erfolgt durch die Berechnung mehrerer Strömungszustände aus verschiedenen Literaturquellen und durch quantitativen und qualitativen Vergleich der erhaltenen Ergebnisse.

[ES] El solucionador multifásico compresible ALPACA, desarrollado por el grupo de trabajo Nanoshock de la Cátedra de Aerodinámica y Mecánica de Fluidos, se está empleando para configuraciones de flujo que involucran diferentes fases de fluidos que pueden entre sí a velocidades supersónicas. Emplea un enfoque de interfaz de conjunto de niveles que permite un tratamiento conservador de la interfase fluida. El presente trabajo se ocupará de la propuesta de reformular y modificar el uso del método de interfaz de niveles para permitir la simulación de configuraciones de flujo dominadas por límites que involucran una fase fluida y límites de cuerpo rígidos. Por lo tanto, los cambios necesarios se implementan en el código. y la validación del nuevo método se logra mediante el cálculo de varios casos a partir de artículos de fuentes externas y mediante la comparación cualitativa y cuantitativa de los resultados obtenidos.