Echtzeit-Festkörper-Simulation mit der Lattice Boltzmann Methode

Abstract

Die Lattice Boltzmann Methode ist ein beliebtes Verfahren zur Simulation von Strömungen v.a. wegen der schnellen Berechnung. Bei diesem mesoskopischen Modell wird die Fluidbewegung mithilfe von probabilistischen Verteilungen erzeugt. Diese werden auf dem Gitter an umliegende Punkte übertragen, was dann den Fluss bildet. Die Verteilung werden über die Berücksichtigung der Partikelkollisionen bestimmt. Für die Kopplung mit der Festkörper-Simulation müssen verschiedene Probleme gelöst werden. So muss diese in den Programmablauf integriert werden und die Festkörper in das Gitter der Lattice Boltzmann Methode. Dann müssen neue Randbedingungen definiert werden, da die Festkörper nicht diskretisiert sind. Eine Folge der Kopplung ist auch, dass nun Initialisierungsverfahren für Zellen benötigt werden. Zuletzt müssen noch die Festkörper vom Fluid angetrieben werden. Die Kopplungsverfahren werden analysiert. Dabei wird besonderen Wert auf die Echtzeitfähigkeit gelegt. Es sollen sich sowohl die Lattice Boltzmann Simulation, als auch die Festkörper richtig verhalten. Dafür wird überprüft, ob die Erhaltungssätze der Lattice Boltzmann Methode noch gelten, und das Strömungsbild untersucht. Bei den Festkörpern wird auf richtige Beschleunigung und Rotation getestet. Für den Vergleich der Verfahren werden die Unterschiede nicht analytisch, sondern optisch bestimmt, da der Benutzer die Simulationsergebnisse in Echtzeit visuell wahrnimmt. Dazu gehört auch die Untersuchung der Laufzeit.