ThetaCOM - numerische Strömungs- und Verbrennungssimulation
ThetaCOM (Turbulent Heat Release Extension of the TAU-Code for COMbustion) ist ein institutseigenes Programm zur numerischen Strömungs- und Verbrennungssimulation. Es wird schwerpunktmäßig für die Berechnung reaktiver Strömungen in Brennkammern von Gasturbinen genutzt. Dabei kann zwischen einer Vielzahl an Ansätzen und Modellen gewählt werden:
- Bei der Turbulenzmodellierung stehen mehrere zwei-Gleichungs-Modelle zur Schließung der stationären RANS oder URANS („Unsteady Reynolds-Averaged Navier Stokes“) Gleichungen zur Verfügung. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Turbulenz skalenauflösend und zeitgenau zu erfassen, so dass nur die Feinstrukturen modelliert werden müssen („LES - Large Eddy Simulation“).
- Die Interaktion von Verbrennung und Turbulenz wird durch ein breites Spektrum an Verbrennungsmodellen abgedeckt. Ausgehend von sehr einfachen, ökonomischen Ansätzen reicht dieses bis zu den sehr rechenzeitaufwändigen Transportgleichungs-PDF-Verfahren.
- Ferner sind nahezu alle bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe mit ThetaCOM berechenbar. Mit aufwändigen Rußmodellen kann neben dem Rußvolumenbruch auch die Rußgrößenverteilung berechnet werden.
- Zur Erfassung flüssiger Brennstoffe ist ein separates Lagrangesches Spray-Modul (SPRAYSIM) an ThetaCOM gekoppelt, mit dem Brennstofftropfen bis zur vollständigen Verdampfung durch das Rechengebiet verfolgt werden.
- ThetaCOM kann rein inkompressibel oder leicht kompressibel genutzt werden. Letzteres ermöglicht die Simulation von thermoakustischen Problemen in Brennkammern.
- Viele Problemstellungen erfordern eine möglichst genaue räumliche Auflösung aller Strömungsstrukturen. In ThetaCOM lassen sich auch auf stark verzerrten Gittern saubere Diskretisierungen höherer Ordnung (dritte im Raum) erreichen.
Solche Simulationen sollen auch für komplexe Geometrien möglich sein. Daher basiert ThetaCOM auf unstrukturierten Rechengittern. Auch zur Lösung der Gleichungssysteme stehen zahlreiche unterschiedliche numerische Verfahren bereit. Üblicherweise werden Verbrennungssimulationen parallelisiert auf oftmals vielen tausend Rechenkernen durchgeführt. ThetaCOM zeigt auch auf großen ,,High-Perfomance-Computing“ Systemen eine sehr gute Skalierung und ist damit ein modernes, fortschrittliches und hocheffizientes Werkzeug zur Auslegung von Brennkammern.