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Implementation of Chimera framework in a Control Volume Finite Element based code using a fully coupled implicit pressure based solver

Fabio Asaro

Titel

Implementation of Chimera framework in a Control Volume Finite Element based code using a fully coupled implicit pressure based solver

Autor/in

Datierung

06.06.2024

Beschreibung

Diese Arbeit präsentiert die erfolgreiche Integration der Overset Mesh Methode (OSMM). Ein numerisches
Verfahren, welches Simulationen mit mehreren nicht-konformen, überlappenden Netzen, in einen auf der
Control Volume Finite Element Methode (CVFEM) basierenden Code ermöglicht, der einen vollständig
gekoppelten, impliziten, druckbasierten Solver verwendet. Anfänglich wurde die OSMM auf einfache
Skalartransportgleichungen angewendet, um ein Grundverständnis dafür zu erhalten. Die initiale Anwendung
bereitete den Weg für die Erweiterung dieses numerischen Verfahrens auf die vollständigen Navier-Stokes-
Gleichungen, die sowohl die Impuls- als auch die Kontinuitätsgleichungen in gekoppelter Form beschreiben.
Ein charakteristisches Merkmal der Implementierung war die Verwendung von intrinsischen CVFEM-Shape-
Funktionen als Interpolationsverfahren für die Kommunikation zwischen den Netzen, welche die Genauigkeit
und Effizienz des Datentransfers, im vergleich zu Referenzsimulationen, erheblich verbesserten. Auch
integriert die Arbeit erfolgreich die Prallelisierung. Die Validierungssimulationen zeigen, dass OSMM, wenn
integriert mit CVFEM, zu genaueren Ergebnissen, reduziertem Gitteraufwand und schnellerer Konvergenz
führt. Diese Integration bestätigt nicht nur die Wirksamkeit der OSMM bei der Handhabung komplexer
Simulationen, sondern eröffnet auch neue Wege für Forschung und Anwendungen in der
Strömungsmechanik.

This thesis presents the successful integration of the Overset Mesh Method (OSMM), a numerical method
that enables simulations with several nonconformal overlapping meshes, into a Control Volume Finite
Element Method (CVFEM)-based code utilizing a fully coupled, implicit pressure-based solver. Initially, the
OSMM was applied to simple scalar transport equations to establish a foundational understanding. This
initial application set the stage for extending this numerical method to the full Navier-Stokes equations,
effectively addressing both momentum and continuity equations in a coupled manner. A distinctive aspect of
the implementation was the use of intrinsic CVFEM shape functions as interpolation schemes for
communication between meshes, significantly enhancing the accuracy and efficiency of data transfer. The
thesis also successfully incorporated parallel computing. Validation simulations demonstrated that OSMM,
when integrated with CVFEM, results in more accurate outcomes, reduced meshing effort, and faster
convergence in comparison to a reference case. This integration not only confirmed the effectiveness of
OSMM in managing complex simulations but also opened new avenues for research and applications in fluid
dynamics.

Urheberrechtshinweis