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Numerische Methoden zur Simulation von Schwappvorgängen in Flüssigwasserstofftanks

Markert, Johannes and Ertl, Moritz and Löwe, Johannes and Kunhappan, Deepak and Goerttler, Andreas (2023) Numerische Methoden zur Simulation von Schwappvorgängen in Flüssigwasserstofftanks. Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress, 2023-09-19 - 2023-09-21, Stuttgart.

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Abstract

Eines der relevanten physikalischen Phänomene bei der Planung von bewegten Flüssigkeitstanks ist das Tankschwappen - ein komplexes dreidimensionales und instationäres Phänomen, welches nicht durch vereinfachte Methoden abgebildet werden kann. Daher werden Mehrphasenströmungssimulationen zur Modellierung herangezogen. Im Rahmen von HYTAZER kommen verschiedene numerische Lösungsstrategien zum Einsatz, die einen direkten Vergleich der Simulationsergebnisse hinsichtlich Genauigkeit, Performance und Erweiterbarkeit erlauben. Im CFD-Code CODA wird im Finite-Volumen-Kontext eine Kombination der neuesten Volume-ofFluid Methoden (VOF) mit einem druckbasierten/inkompressiblen Löser entwickelt und implementiert. Der inkompressible Löser in CODA verfolgt einen implizit gekoppelten Ansatz, bei dem keine explizite Druckgleichung aufgestellt wird. Als Methode zur Reduktion numerischer Diffussion beim VOF Transport kommt das Interface Compression Scheme zum Einsatz. Eine andere Strategie zur Simulation von Tankschwappvorgängen wird mit dem DLR THETA Code, dem inkompressiblen Modul von TAU, verfolgt. In diesem Code kommt auch die VOF-Methode zum Einsatz, aber zur Berechnung der Phasengrenzfläche wird das CICSAM Schema angewendet. Mit THETA werden zunächst die bei verschiedenen Startabbruchvorgängen von Flugzeugen auftretenden Kräfte und Momente untersucht. Ein Fokus liegt hierbei auf die Amplitude der Schwappbewegung. Zusätzlich wird der Einfluss von Füllhöhen im Tank analysiert. Ein weiteres Forschungsziel ist die Konstruktion, Analyse und performante Implementierung von entropie-stabilen adaptiven Discontinuous-Galerkin Verfahren hoher Ordnung für schwach-kompressible Zweiphasenströmungen mit diffusen Grenzflächen im Open-Source Code Trixi.jl. Hierbei operiert der Löser auf unstrukturierten dynamisch-adaptiven baumbasierten Gittern mit dem Ziel hohe Effizienz bei der parallelen Skalierung zu erreichen. In diesem Vortrag werden die aktuellen Forschungsansätze vorgestellt und erste Ergebnisse präsentiert.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/202851/
Document Type:Conference or Workshop Item (Speech)
Title:Numerische Methoden zur Simulation von Schwappvorgängen in Flüssigwasserstofftanks
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Markert, JohannesGerman Aerospace Center (DLR), Linder Höhe, 51147 Köln, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-6297-9494UNSPECIFIED
Ertl, MoritzUNSPECIFIEDhttps://orcid.org/0000-0002-1900-5122UNSPECIFIED
Löwe, JohannesUNSPECIFIEDUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Kunhappan, DeepakUNSPECIFIEDUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Goerttler, AndreasUNSPECIFIEDhttps://orcid.org/0000-0002-8315-1298UNSPECIFIED
Date:2023
Refereed publication:Yes
Open Access:Yes
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Published
Keywords:Tankschwappen, Flüssigwasserstoff, Mehrphasenströmungen, Volume-of-Fluid-Methoden, Discontinuous-Galerkin-Methoden
Event Title:Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress
Event Location:Stuttgart
Event Type:national Conference
Event Start Date:19 September 2023
Event End Date:21 September 2023
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Space
HGF - Program Themes:Space Transportation
DLR - Research area:Raumfahrt
DLR - Program:R RP - Space Transportation
DLR - Research theme (Project):R - CODA (formerly FLUCS) for space applications
Location: Göttingen , Köln-Porz
Institutes and Institutions:Institute for Software Technology
Institute for Aerodynamics and Flow Technology > Spacecraft, GO
Institute for Aerodynamics and Flow Technology > CASE, GO
Institute for Aerodynamics and Flow Technology > High Speed Configurations, GO
Deposited By: Markert, Johannes
Deposited On:21 Feb 2024 10:04
Last Modified:24 Apr 2024 21:03

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