Direct Numerical Simulation of oil water mixtures using front capturing techniques

In veel stromingsleer problemen is het stromende medium een mengsel van verschillende vloeistoffen, bijvoorbeeld een mengsel van olie en water. Ook kan een vloeistof voorkomen in verschillende fase toestanden, zoals kokend water. In vakjargon noemen we deze stromingen meerfasenstromingen. Veel van de modellen die in het verleden zijn ontwikkeld voor dit type stromingen maken gebruik van een middelingsprocedure, met als belangrijke parameter de volume fractie of massa fractie. De resulterende vergelijkingen kunnen gebruikt worden voor een globale beschrijving van de stroming als geheel. Processen die zich afspelen op een kleinere schaal, bijvoorbeeld coalescentie van druppels, worden door dit soort modellen niet beschreven. Een sterke verbetering van de fysische beschrijving van het probleem kan worden verkregen door de middelingsprocedure achterwege te laten en de bewegingsvergelijkingen voor de afzonderlijke fasen op te lossen en op de interfaces tussen de fasen koppelingsvoorwaarden op te leggen. Meerfasenstromingen hebben per definitie een sterk driedimensionaal karakter en het is dus ook nodig om het probleem in drie dimensies op te lossen. Het opzetten van een computermodel voor dergelijke stromingen is een grote opgave en kan alleen goed uitgevoerd worden door een multidisciplinair team met ervaring in numerieke algoritmen, grootschalige simulaties, en visualisatie van gegevens. Het Computational Science programma gaf de mogelijkheden om deze disciplines bij elkaar te brengen in een project. De juiste wiskundige formulering van de bewegingsvergelijkingen en koppelingsvoorwaarden, plus de ontwikkeling van oplossingsmethoden hiervoor is uitgevoerd door de numerieke wiskundigen die in dit project werkten. Vervolgens zijn de ontwikkelde algoritmen geoptimaliseerd en geparallelliseerd door de stromingsleergroep en zijn grootschalige berekeningen op supercomputers uitgevoerd. De gegenereerde databases zijn enorm groot (orde 1 Terabyte) en speciale visualisatie technieken moesten worden ontwikkeld om de resultaten te kunnen interpreteren. Hierbij ging het vooral om methoden om deze grote databases interactief te verkennen en dynamisch te visualiseren. Dit is gedaan door de visualisatie groep.