Stömungsmechanik in Kreisel- und Verdrängerpumpen, hydraulischen Komponenten und Systemen

Der Einsatz von CFD-Methoden ist im Auslegungspunkt State-of-the-art. Die Berechnung des hoch-instationären Off-design-Betriebs, also Teil- und Überlast, stellt dahingegen hohe Anforderungen an eine genaue Turbulenzmodellierung, so dass am HSM praktisch durchgängig skalenauflösende und -adaptive Verfahren eingesetzt werden. Für einige spezielle Maschinentypen und Betriebssituationen, z.B. Kreiselpumpen mit niedriger spezifischer Drehzahl, Ein- und Zweischaufelpumpen, oszillierende Verdränger- oder Schraubenspindelpumpen, sind jedoch sehr genaue und spezifische Simulationsverfahren erforderlich. Weitere Forschungsschwerpunkt beinhalten die Reduktion von CFD-Modellen zu einfachen echtzeitfähigen Modellen, Methoden zur Verlustberechnung durch Auswertung der Entropieproduktion und die Entwicklung gekoppelter 3D-1D-CFD-Verfahren zur ganzheitlichen Berechnung von Pumpensystemen.

Mehrphasenströmungen (Luftausgasung- und Transport, partikelbeladene Strömungen)

Mehrphasenströmungen in hydraulischen Strömungsmaschinen beinhalten zum Beispiel gas- oder partikelbeladenen Flüssigkeiten. Für die Vorhersage dieser äußerst komplexen Strömungen sind hochspezialisierte CFD-Modelle notwendig, dessen Entwicklung am HSM vorangetrieben wird.  Dabei werden in grundlagen- und anwendungsorientierten Projekten die gas-/flüssig Gemischförderung mit Kreiselpumpen, die flüssig/flüssig Extraktion mit Pumpmischern und die Spraybildung bei Einspritzvorgängen untersucht. Die Interaktion von Mehrphasen- und Turbulenzmodellierung ist ein weiterer, wichtiger Aspekt dieser Untersuchungen.

Kavitation, Kavitationserosion und Blasendynamik

Kavitation ist die Bildung von kleinen dampf- und luftgefüllten Hohlräumen in der Flüssigkeit, was in der Regel mit schädlichen Effekten wie z.B. Kavitationserosion verbunden ist. Dieser Vorgang ist ein klassisches Mehrskalenproblem. Die Berechnung detaillierter Transportprozesse an Einzelblasen gehört genau wie die Entwicklung von CFD-Methoden für die Simulation kavitierender Strömungen in Pumpen und Schiffsantrieben zum Forschungsportfolio des HSM. Insbesondere Kavitation in komplexen Flüssigkeiten wie Kraftstoffen und Hydraulikölen gehört zu den Forschungsschwerpunkten am HSM.

Simulation transitionaler und turbulenter Strömungen

Statistische Turbulenzmodellen sind rechenzeiteffizient, bei hoch-instationären Strömungen aber auch ungenau. Ein Forschungsschwerpunkt des HSM ist die Entwicklung skalenauflösender Turbulenzmodelle für hydraulische Maschinen und Komponenten. Bei den enorm hohen Reynoldszahlen in hydraulischen Systemen sind die Auflösungsanforderungen an die Large-Eddy-Simulation (LES) sehr hoch, so dass i.w. auf turbulenzskalenadaptive Simulationsverfahren (SAS) gesetzt wird.