Student/in Mathematik, Ingenieurwissenschaften o. ä. (w/m/d) - Numerische Diskretisierungsverfahren

Das Institut für Antriebstechnik ist mit seinen Forschungsarbeiten auf die Entwicklung leistungsfähiger und umweltfreundlicher Flugantriebe und Kraftwerksturbinen ausgerichtet. Die Forschungsthemen betreffen leistungsfähige und leise Antriebskonzepte, umweltfreundliche Turbokomponenten und schadstoffarme Brennkammern. Die Forschungsarbeiten umfassen sowohl den Einsatz einzigartiger Prüfstände und anspruchsvoller Messverfahren wie auch die Entwicklung und Anwendung hoch effizienter Methoden und schneller Simulationsverfahren.

Numerische Simulationsverfahren ermöglichen neue Produktentwicklungen schneller und effizienter umzusetzen, während die gute Zugänglichkeit der Simulationsergebnisse eine tiefgehende wissenschaftliche Analyse der physikalischen Prozesse erlaubt. Die stetig steigende Rechenleistung ermöglicht die Anwendung immer genauerer Modelle und eine verbesserte Vorhersagegenauigkeit auch für komplexe, technisch relevante Anwendungsfälle. In diesem Zusammenhang wird am Institut für Antriebstechnik das Simulationssystem TRACE zur Berechnung und Untersuchung von Strömungen in Turbomaschinen entwickelt. Für die Bestimmung der numerischen Flussfunktion wird hier insbesondere auf das Roe-Verfahren zurückgegriffen. Die hierbei notwendige Roe-Mittelung ist für nicht konstante Gasgemische nur durch erhöhten Berechnungsaufwand mit gesonderten Berechnungen für die einzelnen Komponenten konsistent durchführbar.

Insbesondere vor dem Hintergrund der geplanten Erweiterung des Lösers für Simulationen der Brennkammerströmung sollen in dieser Arbeit Änderungen/Optimierungen des bestehenden Verfahrens bzw. alternative Formulierungen der konvektiven Flussfunktionen untersucht werden. Nach der Identifikation geeigneter Schemata sollen diese in einen CFD-Löser implementiert und anhand geeigneter Benchmark-Fälle getestet werden. Durch den Abgleich mit Referenzlösungen werden die Verfahren hinsichtlich des Verhaltens in unterschiedlichen Mach-Zahl Bereichen (quasi inkompressibel, sub-, trans- & supersonisch) in Bezug auf unterschiedliche Strömungsphänomene wie Grenzschichtverhalten oder Stoßwellen analysiert. Abschließend soll eine Bewertung der untersuchten Schemata durchgeführt und Empfehlungen für weitere Entwicklungen gegeben werden.

Ihre Aufgaben im Rahmen dieser studentischen Tätigkeit sind:

• Literaturstudie zu numerischen Schemata im Hinblick auf nicht konstante Gasgemische
• Auswahl geeigneter nicht-viskoser Flussfunktionen zur räumlichen Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen
• Definition und Konfiguration relevanter Benchmark-Testfälle
• Erweiterung der Flussfunktionen im CFD-Löser
• Durchführung und Auswertung von Simulationen der Benchmark-Testfälle
• Bewertung der verschiedenen Schemata durch Abgleich der Simulationsergebnisse mit Referenzlösungen