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Lattice Boltzmann Verfahren

Das Programm LBsim3D (Lattice-Boltzmann simulation 3D) basiert auf der Lattice-Boltzmann-Methode und dient der direkten numerischen Simulation von dispersen Fluid-Feststoff-Strömungen unter Einwirkung elektrischer und thermischer Felder.

Merkmale und implementierte Modelle:

I) Strömungslöser:

• Strukturierte äquidistante und nicht-äquidistante 3D-Rechengitter
• Diskretisierung des Geschwindigkeitsraums mit dem D3Q19-Modell
• Single-Relaxation-Time Kollisionsoperator auf Basis der BGK-Methode
• Laminare und turbulente Strömungen (spektrale Anregung homogener isotroper Turbulenz)

II) Behandlung numerisch hochaufgelöster Partikeloberflächen:

• Gekrümmte Wandrandbedingung für komplexe Morphologien
• Generierung und Charakterisierung von Agglomeraten
• Kraft- und Beiwertbestimmung von beliebigen Partikeln
• Lagrangesches Partikel-Tracking (Translation und Rotation)
• Laufende Arbeiten: Kollision und Agglomeration von Partikeln

III) Lagrangesches Tracking von Punktpartikeln:

• Stationäres und instationäres Partikel-Tracking
• Berücksichtigte Kräfte am Partikel: Widerstand*, Erdbeschleunigung, Auftrieb, Druckgradient, Virtuelle Masse, Basset, Saffman, Magnus, Brownsche Bewegung*, Elektrische Feldkraft (*Berücksichtigung der Cunningham-Korrektur)
• Partikelrotation
• Verschiedene Injektionsmethoden
• Deterministisches Partikel-Partikel-Kollisionsmodell
• Deterministisches Partikel-Wand-Depositionsmodell

IV) Löser für das Temperaturfeld:

• Hybride Temperatur-Lattice-Boltzmann-Methode (Finite-Differenzen-Verfahren)
• Stationäre und instationäre Kopplung

V) Löser für das elektrische Feld:

• Lösung der Laplace-Gleichung (Finite-Differenzen-Verfahren)

Strömungsfeld entlang eines Backward-facing Step (Re = 400, Skalierung in x-Richtung 1:10)

Umströmung eines Agglomerates (N_PP = 350; φ= 80%; Re_P = 0,3)

Lagrangesches Tracking von Punktpartikeln in homogener isotroper Turbulenz unter Berücksichtigung von Partikel-Partikel-Kollisionen (StK = 9,78; α_P = 0.02)

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