Thèse no 1958 sciences EPF Lausanne. / Literaturverz.

It is aim of this work to develop, implement, and apply a new numerical scheme for modeling turbulent, multiphase astrophysical flows such as galaxy cluster cores and star forming regions. The method combines the capabilities of adaptive mesh refinement (AMR) and large-eddy simulations (LES) to capture localized features and to represent unresolved turbulence, respectively; it will be referred to as Fluid mEchanics with Adaptively Refined Large-Eddy SimulationS or FEARLESS. / Ziel dieser Arbeit war, ein neues numerisches Modell zu entwickeln, welches es ermöglicht Grobstruktursimulationen auch mit adaptiven Gittercodes auszuführen, um Turbulenz über große Längenskalenbereiche konsistent zu simulieren.

In der vorliegenden Arbeit werden lineare Systeme elliptischer partieller Differentialgleichungen in schwacher Formulierung auf konischen Gebieten untersucht. Auf einem zunächst unbeschränkten Kegelgebiet betrachten wir den Fall beschränkter und nur von den Winkelvariablen abhängiger Koeffizientenfunktionen. Die durch selbige definierte Bilinearform genüge einer Gårdingschen Ungleichung. In gewichteten Sobolevräumen werden Existenz- und Eindeutigkeitsfragen geklärt, wobei das Problem mittels Fouriertransformation auf eine von einem komplexen Parameter abhängige Familie T(·) von Fredholmoperatoren zurückgeführt wird. Unter Anwendung des Residuenkalküls gewinnen wir eine Darstellung der Lösung in Form einer Zerlegung in einen glatten Anteil einerseits sowie eine endliche Summe von Singulärfunktionen andererseits. Durch Abschneidetechniken werden die gewonnenen Erkenntnisse auf den Fall schwach formulierter elliptischer Systeme auf beschränkten Kegelgebieten unter Formulierung in gewöhnlichen, nicht-gewichteten Sobolevräumen angewendet. Die für Regularitätsfragen maßgeblichen Eigenwerte der Operatorfunktion T mit minimalem positiven Imaginärteil werden im letzten Kapitel der Arbeit am Beispiel der ebenen elastischen Gleichungen numerisch bestimmt. / In the present PhD thesis we investigate systems of linear partial elliptic equations in weak formulation on conical domains. For an unbounded cone, first, we study the case of bounded and radially constant coefficient functions. The so defined bilinear form is supposed to satisfy a (local) Gårding inequality. In weighted Sobolev spaces we study questions of existence and uniqueness of solutions. In this context the problem is Fourier-transformed onto a set of smaller problems, represented by Fredholm operators T(·) that holomorphically depend on a complex parameter. Via the residual theorem we yield a decomposition of the solution into a regular part and a finite sum of singular functions. Using cut-off techniques we are able to transfer the preceeding results onto the case of weak formulated linear elliptic systems on bounded cones under restriction to usual, non weighted Sobolev spaces. In the last chapter, the eigenvalues of T with minimal positive imaginary part, which are responsible for regularity properties, are numeriaclly determined for the example of the plane Elastic Equations.

The present thesis considers the development and analysis of arbitrary Lagrangian-Eulerian discontinuous Galerkin (ALE-DG) methods with time-dependent approximation spaces for conservation laws and the Hamilton-Jacobi equations. Fundamentals about conservation laws, Hamilton-Jacobi equations and discontinuous Galerkin methods are presented. In particular, issues in the development of discontinuous Galerkin (DG) methods for the Hamilton-Jacobi equations are discussed. The development of the ALE-DG methods based on the assumption that the distribution of the grid points is explicitly given for an upcoming time level. This assumption allows to construct a time-dependent local affine linear mapping to a reference cell and a time-dependent finite element test function space. In addition, a version of Reynolds’ transport theorem can be proven. For the fully-discrete ALE-DG method for nonlinear scalar conservation laws the geometric conservation law and a local maximum principle are proven. Furthermore, conditions for slope limiters are stated. These conditions ensure the total variation stability of the method. In addition, entropy stability is discussed. For the corresponding semi-discrete ALE-DG method, error estimates are proven. If a piecewise $\mathcal{P}^{k}$ polynomial approximation space is used on the reference cell, the sub-optimal $\left(k+\frac{1}{2}\right)$ convergence for monotone fuxes and the optimal $(k+1)$ convergence for an upwind flux are proven in the $\mathrm{L}^{2}$-norm. The capability of the method is shown by numerical examples for nonlinear conservation laws. Likewise, for the semi-discrete ALE-DG method for nonlinear Hamilton-Jacobi equations, error estimates are proven. In the one dimensional case the optimal $\left(k+1\right)$ convergence and in the two dimensional case the sub-optimal $\left(k+\frac{1}{2}\right)$ convergence are proven in the $\mathrm{L}^{2}$-norm, if a piecewise $\mathcal{P}^{k}$ polynomial approximation space is used on the reference cell. For the fullydiscrete method, the geometric conservation is proven and for the piecewise constant forward Euler step the convergence of the method to the unique physical relevant solution is discussed. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Analyse von arbitrar Lagrangian-Eulerian discontinuous Galerkin (ALE-DG) Methoden mit zeitabhängigen Testfunktionen Räumen für Erhaltungs- und Hamilton-Jacobi Gleichungen. Grundlagen über Erhaltungsgleichungen, Hamilton-Jacobi Gleichungen und discontinuous Galerkin Methoden werden präsentiert. Insbesondere werden Probleme bei der Entwicklung von discontinuous Galerkin Methoden für die Hamilton-Jacobi Gleichungen untersucht. Die Entwicklung der ALE-DG Methode basiert auf der Annahme, dass die Verteilung der Gitterpunkte zu einem kommenden Zeitpunkt explizit gegeben ist. Diese Annahme ermöglicht die Konstruktion einer zeitabhängigen lokal affin-linearen Abbildung auf eine Referenzzelle und eines zeitabhängigen Testfunktionen Raums. Zusätzlich kann eine Version des Reynolds’schen Transportsatzes gezeigt werden. Für die vollständig diskretisierte ALE-DG Methode für nichtlineare Erhaltungsgleichungen werden der geometrischen Erhaltungssatz und ein lokales Maximumprinzip bewiesen. Des Weiteren werden Bedingungen für Limiter angegeben. Diese Bedingungen sichern die Stabilität der Methode im Sinne der totalen Variation. Zusätzlich wird die Entropie-Stabilität der Methode diskutiert. Für die zugehörige semi-diskretisierte ALE-DG Methode werden Fehlerabschätzungen gezeigt. Wenn auf der Referenzzelle ein Testfunktionen Raum, der stückweise Polynome vom Grad $k$ enthält verwendet wird, kann für einen monotonen Fluss die suboptimale Konvergenzordnung $\left(k+\frac{1}{2}\right)$ und für einen upwind Fluss die optimale Konvergenzordnung $\left(k+1\right)$ in der $\mathrm{L}^{2}$-Norm gezeigt werden. Die Leistungsfähigkeit der Methode wird anhand numerischer Beispiele für nichtlineare Erhaltungsgleichungen untersucht. Ebenso werden für die semi-diskretisierte ALE-DG Methode für nichtlineare Hamilton-Jacobi Gleichungen Fehlerabschätzungen gezeigt. Wenn auf der Referenzzelle ein Testfunktionen Raum, der stückweise Polynome vom Grad k enthält verwendet wird, kann im eindimensionalen Fall die optimale Konvergenzordnung $\left(k+1\right)$ und im zweidimensionalen Fall die suboptimale Konvergenzordnung $\left(k+\frac{1}{2}\right)$ in der $\mathrm{L}^{2}$-Norm gezeigt werden. Für die vollständig diskretisierte ALE-DG Methode werden der geometrischen Erhaltungssatz bewiesen und für die stückweise konstante explizite Euler Diskretisierung wird die Konvergenz gegen die eindeutige physikalisch relevante Lösung diskutiert.

The aim of the project is to develop a model, which is going to be used for mass reduction of a standard profile of aluminium seat rails in Aircraft structure. Using nonlinear analysis including plasticity and material failure laws the effect of changes in geometry vs. ultimate load is analysed (ABAQUS 6.11). First, the non-linear model used is validated with experimental testing: Boundary conditions and material properties are adjusted based on load displacement curves, strain gauges information and failure patterns. Less than 1% deviation is achieved between simulation and testing. An inclusion of material imperfection led to a 5% improvement of the results. Using the validated algorithm, a mass reduction is performed via geometry variation. / Ziel der Studie ist es ein adäquates Simulationsmodell zu entwickeln, welches zur Gewichtsreduzierung einer Standardprofil Aluminium Sitzschiene im Flugzeug verwendet werden kann. In einer nichtlinearen Analyse unter Berücksichtigung der Plastizität des Materials und von Materialfehlern wird die Auswirkung der Geometrieänderungen auf die maximale Traglast analysiert (ABAQUS 6.11). Zunächst wird das nicht-lineare Modell mit experimentell ermittelten Daten überprüft: Randbedingungen und Materialeigenschaften werden basierend auf Lastverschiebungskurven, Informationen von Dehnungsmessstreifen und Versagensmustern angepasst. Dabei wurden weniger als 1% Abweichung zwischen Simulation und Test erzielt. Die Berücksichtigung von Materialfehlern führte zu einer 5%-igen Verbesserung der Ergebnisse. Mit dem validierten Modell wird abschließend eine Gewichtsreduzierung mittels Geometrievariation durchgeführt.

A three-dimensional numerical study is performed to investigate the heat transfer and pressure drop performance on the air-side of circular finned tube bundles in cross flow. New heat transfer and pressure drop correlations for the air-cooled heat exchangers have been developed with the Reynolds number ranging from 5000 to 70000. The heat transfer and pressure drop results agree well with several existing experimental correlations. In addition, the influence of the geometric parameters on the heat transfer and pressure drop are studied in detail and their results discussed. The numerical flow visualization results for the boundary layer developments, horseshoe vortex system, and local velocity and temperature distributions are presented.

Übungen zur Vorlesung Theoretische Physik III: Elektrodynamik/Computergestützte Elektrodynamik im Wintersemester 2002/03 für den Studiengang Physik und den Bakkalaureusstudiengang Computational Science

Übungen zur Vorlesung Theoretische Physik III: Elektrodynamik/Computergestützte Elektrodynamik im Wintersemester 2003/04 für den Studiengang Physik und den Bakkalaureusstudiengang Computational Science

Übungen zur Vorlesung Theoretische Physik III: Elektrodynamik/Computergestützte Elektrodynamik im Wintersemester 2004/05 für den Studiengang Physik und den Bakkalaureusstudiengang Computational Science

Techn. Hochsch., Diss.--Aachen, 2006.