Nichtreflektierende Rand- und Kopplungsbedingung zur instationären Strömungssimulation von Fluidenergiemaschinen in Anlagen

Die numerische Strömungssimulation (CFD) ist ein etabliertes Werkzeug für die Entwicklung von Fluidenergiemaschinen sowie fluidtechnischen Anlagen und wird insbesondere zur Simulation von Typenvariation und Designoptimierung eingesetzt. Aufgrund zunehmend flexibler Betriebsweise sind dabei hinsichtlich der Betriebssicherheit sowie der Langlebigkeit von Fluidenergiemaschinen und Anlagenkomponenten dynamische Betriebszustände besonders von Bedeutung. Dies erfordert für Simulationen im Zeitbereich eine zeitechte Zwei-Wege-Kopplung zwischen Maschinendomain und Anlagendomain, wobei an der Kopplungsstelle zwischen diesen Domains aufgrund üblicherweise unterschiedlicher Diskretisierungsansätze sowie an den Grenzen der Rechendomain ohne gezielte Behandlung derselben oftmals unerwünschte numerische Reflexionen auftreten.

Für diese grundlegenden Problemstellungen kompressibler, instationärer numerischer Strömungssimulation wurden Lösungsansätze entwickelt und implementierfähige Methoden abgeleitet, welche integrale Simulationen fluidtechnischer Systeme mit geringen (numerisch induzierten) Reflexionen sowohl an der Kopplungsstelle von Maschinen- und Anlagendomain als auch an den Randbedingungen ermöglichen. In diesem Band werden die grundlegenden Konzepte der Methoden erläutert und die implementierten Berechnungsvorschriften dargelegt sowie anhand von Testfällen bei umfassender Variation dimensionsloser numerischer und physikalischer Parameter validiert.