Seminarraum 614, Mathematikgebäude

Strömungen mit Wasser und Dampf in treten in energietechnischen Anlagen z.B. bei der Dampferzeugung (Sieden), in Rohrleitungen bei plötzlichem Druckabfall, beim Abblasen von Dampf in Kondensationsbecken, sowie in Dampfturbinen und Kondensatoren auf. Die mehrdimensionale Modellierung dieser Strömungen erfolgt heute mit der kontinuumsmechanischen Euler-Euler- oder Zwei-Fluid Formulierung, bei der die Zweiphasenströmung als ein Kontinuum zweier sich gegenseitig durchdringender Fluide angesehen wird, deren Wechselwirkung durch physikalische Modelle des lokalen Massen-, Impuls- und Energieaustausches modelliert wird. Der Vortrag gibt einen Überblick über den derzeitigen Stand der Modellentwicklung und vergleicht die mathematische Struktur unterschiedlicher Modellvarianten am Beispiel von Blasenströmungen mit Wärme- und Stoffübergang. Möglichkeiten kommerzieller CFD-Software werden anhand von Berechnungsbeispielen aufgezeigt. Die Weiterentwicklung vorhandener Modellansätze kann die Approximation eines Blasengrößensprektrums durch Populationsklassen erfordern. Im Rahmen dieses Ansatzes wird die Vereinfachung der zugehörigen Impulsgleichungen diskutiert: unter bestimmten Voraussetzungen treten die Phasen im zeitlichen Mittel in einen mechanischen Gleichgewichtzustand. Die Voraussetzungen hierfür werden im Zusammenhang mit der virtuellen Masse von Blasen für praktische Beispiele aus der Energietechnik abgeschätzt. Die Vorgehensweise führt zum algebraischen Drift-Modell. Eine analoge Betrachtung wird für die Energiegleichung für Ein- und Zweikomponentenströmungen durchgeführt und unter dem Aspekt thermischer Gleichgewichtszustände diskutiert. Der Beitrag gibt Hinweise für die Weiterentwicklung des Zwei-Fluid Modells in Hinblick auf Zweiphasenströmungen mit Wärme- und Stoffübergang.

Prof. Dr. Eckart Laurien

Universität Stuttgart