Verifizierung und Validierung eines Lösungsverfahrens der „Volume of Fluid“ Methode für inkompressible Strömungen

Abstract

Die Verifizierung und Validierung von Implementierungen, die Seiteneffekten neuerer Entwicklungen ausgesetzt werden, ist ein Thema, welches im Rahmen einer aktiven Softwareentwicklung anzutreffen ist. Diese Arbeit hat sich als Ziel gesetzt, anhand verschiedener existierender Vorgehensweisen eine Methodik zu entwickeln, die auf diesen Problemfall zugeschnitten ist. Dabei wird diese Methodik in fünf wesentliche Schritte eingeteilt: Der Erfassung von Anforderungen an die Implementierung, dem Auswählen geeigneter Testdaten, der Vorbereitung und Durchführung dieser Testfälle, der Auswertung der Ergebnisse und der parallel durchgeführten Dokumentation. Ein optionaler sechster Schritt schlägt die Einbindung kritischer Testfälle in automatische Buildprozesse vor. Um zu zeigen, dass die entwickelte Methodik verwendbare Ergebnisse liefert, wird sie auf die Volume-of-Fluid Methode des THETA Codes angewendet. Im Rahmen der Tests wurde zur einfacheren Initialisierung des zweiten Fluids eine Methode implementiert, die es ermöglicht das Gebiet mit Hilfe eines zweiten Gitters zu definieren. Bei der Verifizierung und Validierung wurde der Fokus auf Seiteneffekte zwischen der VOF Methode und einem Mehrgitterverfahren gelegt. Die Ergebnisse zeigen, dass die VOF Methode ohne negative Seiteneffekte ein Mehrgitterverfahren zur Beschleunigung der Druckkorrekturgleichung verwenden kann. Eine mögliche Fehlerquelle wurde bei der Verwendung einer QUDS Diskretisierung gefunden, bei der die Dichte ein unerwartetes Mischungsverhältnis der beiden Fluide vorhersagt.