A high-order discontinuous Galerkin method for unsteady compressible flows with immersed boundaries

Book excerpt: Um die komplexe Physik in kompressiblen Strömungen genauer zu verstehen, kommen vermehrt Simulationen zum Einsatz. Jedoch können weit verbreitete kommerzielle Softwarepakete die Physik aufgrund ihrer niedrigen Genauigkeit oft nicht korrekt erfassen. In dieser Arbeit wird eine diskontinuierliche Galerkin Methode mit hoher Ordnung entwickelt, welche eine hohe Genauigkeit erzielt. Dabei werden insbesondere zwei Probleme, die im Kontext von Verfahren mit hoher Ordnung auftreten, behandelt. Zum einen wird die Gittergenerierung durch das Verwenden einer Immersed Boundary Methode deutlich vereinfacht. Dies bedeutet, dass die Problemgeometrie aus einem deutlich einfacheren Hintergrundgitter herausgeschnitten wird. Die Geometrie wird mit Hilfe einer Level-Set Funktion dargestellt, und die Integration auf den entstehenden geschnittenen Zellen wird mittels einer hierarchischen Moment-Fitting Quadratur durchgeführt. Das Problem der sehr kleinen oder stark gekrümmten Zellen wird durch Zellagglomeration gelöst. Zum zweiten wird die starke Zeitschrittbeschränkung durch anisotrope Gitter mit Hilfe eines lokalen Zeitschrittverfahrens behoben. Diverse numerische Experimente bestätigen die hohe Genauigkeit, Effizienz und geometrische Flexibilität der vorgestellten Methode.