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31. Oktober 2024

D6.2 durch. Vernetzung

Die Qualität des Berechnungsnetzes spielt eine entscheidende Rolle für die Genauigkeit der Simulationsergebnisse, insbesondere mit Diskretisierungsansätzen niedrigerer Ordnung. Selbst ein einzelnes verzerrtes Element kann die gesamte Berechnung gefährden. Strukturierte Raster bieten zwar Vorteile, sind jedoch in der Abbildung komplexer Geometrien eingeschränkt. Flexiblere Optionen sind extrudierte unstrukturierte Netze aus Hexaedern oder unstrukturierte Tetraedernetze, wobei letztere bei Finite-Volumen-Verfahren häufig Probleme bereiten.

Lösungsansätze beinhalten hybride Netze, bei denen strukturierte Elemente nahe der Oberfläche zum Einsatz kommen und im Inneren mit unstrukturierten Netzen kombiniert werden, sowie polygonale Netze und hierarchische Gitter, die auf Polygonen basieren. Die Vernetzungsstrategie kann randseitig angepasst oder eingebettet werden, abhängig von der implementierten Methode.

Die Qualitätskriterien variieren je nach Methode: Bei Finite-Volumen-Methoden ist der Winkel zwischen der Zellenseite und der Verbindungslinie der Zellenschwerpunkte entscheidend, während bei Finite-Elemente-Methoden die Determinante der Jakobimatrix von entscheidender Bedeutung ist. RANS-Simulationen erlauben gröbere Netze mit größeren Fortschrittsfaktoren (1,10–1,20), während für LES-Simulationen Faktoren unterhalb 1,05 benötigt werden.

Um die Netzunabhängigkeit nachzuweisen, sind Netzuntersuchungen mit mindestens einem verfeinerten Netz notwendig. Es sollten identische Modelleinstellungen und Randbedingungen verwendet werden und die Netzqualität muss den Standards der CFD-Software, des Solvers und der Turbulenzmodelle entsprechen. Die Riegelson-Extrapolation kann dabei helfen, die Unabhängigkeit vom Raster zu beurteilen, erfordert aber mindestens drei verschiedene Raster und geht von einem monotonen Verlauf der Zielgrößen aus.

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