Modellierung und numerische Simulation von partikelbeladenen 3D Strömungen mit einem gekoppelten FEM-DEM-Ansatz

Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung eines numerischen Werkzeugs zur Simulation von partikelbeladenen 3D Mehrphasenströmungen. Es wird ein Fluid-Partikel-Löser entwickelt, bei dem zur Lösung der Phasen, also der Fluidphase und der dispergierten Partikelphase, zwei establierte numerische Methoden herangezogen werden. Dabei kommt zur Behandlung der Fluidfeldes die FEM zum Einsatz und die Partikelphase wird im Kontext der DEM betrachtet. Neben diesen beiden Modulen des Lösers stellt das Modul, das die FEM-DEM-Kopplung übernimmt und die Erfassung der Phasen wechselwirkung sicherstellt, bei der Softwareentwicklung einen Schwerpunkt dar. Die beiden physikalischen Felder werden in dieser Arbeit auf der Partikelskala gekoppelt, wobei alle im Fluid dispergierten Partikel individuell als Volumenkörper abgebildet und beschrieben werden (Direkt Numerische Simulation). Zur Realisierung der Kopplung wird auf ein Konzept der weitverbreiteten Fictitious-Domain-Methoden zurückgegriffen.