HZDR Baseline-Modell-Strategie

Die Beschreibung polydisperser Blasenströmungen mittels Euler-Euler CFD erfordert die Auswahl einer Reihe von Schließungsmodellen für die Grenzflächenkräfte, flüssigseitige Turbulenz und die verschiedenen Blaseninteraktionen. In der Literatur findet sich hierfür eine rasant wachsende Zahl empirischer und semi-empirischer Modelloptionen. Die Mehrphasen-Community hat bisher keinen Konsens über die Wahl dieser Modelle oder ihre innewohnenden Modellkonstanten gefunden. Bis heute wenden verschiedene Forschungsgruppen unterschiedliche Modellsätze an, teilweise sogar von Fall zu Fall, wodurch die Vorhersagekraft von Simulationen beschränkt bleibt.

Ziel der Baseline-Strategie ist die Etablierung eines allgemeingültigen Modellsatzes, welcher alle Arten der Blasenströmung in jeglicher Geometrie zuverlässig vorhersagen kann. Baselinemodelle sind hierbei möglichst mechanistischer Natur, basieren auf lokalen Strömungsparametern und liefern überzeugende Ergebnisse für eine große Zahl an Validierungsfällen.

Zur Umsetzung dieser Strategie wird ein Workflow für die automatisierte Modellanalyse von OpenFOAM Simulationen auf eine umfangreiche Validierungsdatenbank für CFD-Simulationen angewendet. Die schnelle und effiziente Erzeugung großer Ergebnismengen, die in gut-strukturierten Reports zusammengefasst werden, erlaubt es uns neue Machine-Learning Tools für die Datenauswertung anzuwenden. Ein Fuzzy-Logic-Controller wurde eingeführt, um die Übereinstimmung unserer Simulationen mit den Validierungsdaten zu quantifizieren, so wie es in den unteren Bildern veranschaulicht ist. Diese neuartige Quantifizierung der CFD-Vorhersagequalität erlaubt nun erstmalig eine systematische Evaluierung von Schließungsmodellen und trägt zu einer nachhaltigen Modellentwicklung bei.

Literatur

• Lucas, D.; Rzehak, R.; Krepper, E.; Ziegenhein, Th.; Liao, Y.; Kriebitzsch, S.; Apanasevich, P., A strategy for the qualification of multi-fluid approaches for nuclear reactor safety, Nuclear Engineering and Design 299 (2016), 2-11.
• Hänsch, S.; Evdokimov, I.; Schlegel, F.; Lucas, D., A workflow for the sustainable development of closure models for bubbly flows, Chemical Engineering Science 244 (2021), 116807.