Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing.
Stefanos Fasoulas

Stellvertreter

Prof. Dr.-Ing. Sabine Klinkner

Prof. Dr. rer. nat. Alfred Krabbe

Sekretariat
Prof. Fasoulas

Larissa Schunter

Sekretariat
Prof. Klinkner

Annegret Möller

Sekretariat
Prof. Krabbe

Barbara Klett

Administration

Dr. Thomas Wegmann

 


Institut für Raumfahrtsysteme
Pfaffenwaldring 29
70569 Stuttgart

Tel. +49 711 685-69604
Fax +49 711 685-63596

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Partikelverfahren

Abbildung: Wiedereintritt vom Orion Crew Module mit 7600 Meter pro Sekunde und einem Anstellwinkel von 26° in einer Höhe von 105 km

Im Rahmen einer Kooperation zwischen dem Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) und dem Institut für Aerodynamik und Gasdynamik (IAG) wurde das Partikelverfahren „PICLas“ als flexibles Simulationswerkzeug zur Berechnung dreidimensionaler Plasmaströmungen entwickelt. PICLas ist ein gekoppeltes Verfahren, das sich aus einem Modul für Particle in Cell (PIC) und einem Modul für Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) zusammensetzt. Während das PIC-Modul die elektromagnetischen Wechselwirkungen der Plasmapartikel modelliert, bildet das DSMC-Modul die Kollisionen und die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen nach. Beide Methoden werden schon seit vielen Jahren in einem weiten Feld numerischer Untersuchungen eingesetzt. Eine andere Entwicklung von PICLas beschäftigt sich mit der numerischen Untersuchung von Strömungen mit großen Unterschieden in der lokalen Dichte. Hierzu wird die DSMC-Methode mit einem neuartigen Verfahrens namens Low Diffusion (LD) gekoppelt. Die LD-Methode ist dabei ein Sonderfall, da sie zwar auf Partikeln basiert, die Strömung aber als Kontinuum betrachtet und somit streng genommen ein Kontinuumsverfahren darstellt.


Publikationen

Pfeiffer, M. & Gorji, M.H. (2017). Adaptive particle-cell algorithm for Fokker-Planck based rarefied gas flow simulations. Computer Physics Communications 213, 1-8. doi:10.1016/j.cpc.2016.11.003
Nizenkov, P., Noeding, P., Konopka, M. and Fasoulas, S. (2016). Verification and validation of a parallel 3D direct simulation Monte Carlo solver for atmospheric entry applications. CEAS Space Journal 9(1), 127-137. doi:10.1007/s12567-016-0133-5
Pfeiffer, M., Nizenkov, P., Mirza, A., and Fasoulas, S. (2016). Direct simulation Monte Carlo modeling of relaxation processes in polyatomic gases. Physics of Fluids 28(2), 027103. doi:10.1063/1.4940989
Pfeiffer, M., Munz, C.-D. and Fasoulas, S. (2015). Hyperbolic divergence cleaning, the electrostatic limit, and potential boundary conditions for particle-in-cell codes. Journal of Computational Physics 294, 547–561.
Pfeiffer, M., Mirza, A., Munz, C.-D. and Fasoulas, S. (2015). Two statistical particle merge and split methods for Particle-In-Cell codes. Computer Physics Communications 191, 9–24. doi:10.1016/j.cpc.2015.01.010
Munz, C.-D., Auweter-Kurtz, M., Fasoulas, S. et al. (2014). Coupled Particle-In-Cell and Direct Simulation Monte Carlo method for simulating reactive plasma flows. Comptes Rendus Mécanique 342(10-11), 662–670.
Pfeiffer, M., Mirza, A. and Fasoulas, S. (2013). A grid-independent particle pairing strategy for DSMC. Journal of Computational Physics 246, 28–36. doi:10.1016/j.jcp.2013.03.018
Stindl, T., Neudorfer, J., Stock, A. et al. (2011). Comparison of coupling techniques in a high-order discontinuous Galerkin-based particle-in-cell solver. Journal of Physics D: Applied Physics 44, 194004. doi:10.1088/0022-3727/44/19/194004

Konferenzen

7th International Workshop on Radiation of High Temperature Gases, 21-25 November, 2016, Stuttgart
  • Pfeiffer, M. Nizenkov, P. Mirza, A., Fasoulas, S. First steps towards the coupling of the DSMC method with the radiation transport solver PARADE.
30th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, 10-15 July, 2016, Victoria, Canada
  • Binder, T. et al. Transmission Probabilities of Rarefied Flows in the Application of Atmosphere-Breathing Electric Propulsion. AIP Conference Proceedings 1786, 190011. doi:10.1063/1.4967689
  • Mirza, A., Nizenkov, P., Fasoulas, S. Flow Simulation around a 70-Degree Blunted Cone with Two Particle Methods in a Wide Knudsen Number Range. AIP Conference Proceedings 1786, 190001. doi:10.1063/1.4967679
  • Nizenkov, P. et al. Numerical Investigation of the Aerodynamics of the REX-Free Flyer in the Rarified Gas Regime. AIP Conference Proceedings 1786, 190005. doi:10.1063/1.4967683
  • Pfeiffer, M., Binder, T., Copplestone, S., Munz, C.-D. Comparison of Plasma Plume Expansion Simulations Using Fully Kinetic Electron Treatment and an Electron Fluid Model. AIP Conference Proceedings 1786, 130005. doi:10.1063/1.4967631
  • Reschke, W. et al. Recent Developments of DSMC within the Reactive Plasma Flow Solver PICLas. AIP Conference Proceedings 1786, 130003. doi:10.1063/1.4967629
7th Direct Simulation Monte Carlo Workshop, 12-19 September, 2015, Kauai, Hawaii, USA
  • Binder, T. et al. Application of PICLas to the Simulation of Electric Propulsion Systems
  • Nizenkov, P. et al. Application of PICLas to the Simulation of Atmospheric Entry Maneuvers
  • Fasoulas S., Mirza, A. et al. PICLas: A Highly Flexible Particle Code for the Simulation of Reactive Plasma Flows
8th European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, 2-6 March, 2015, Lisbon, Portugal
  • Mirza, A., Mansk, R., Fasoulas, S. Implementation of Multitemperature Models in the Low Diffusion Particle Method for the Simulation of Internal Energy Nonequilibrium Effects in Continuum Flow Regions.
  • Nizenkov, P., Fasoulas, S. Validation of a Parallel 3D Direct Simulation Monte Carlo Solver for Atmospheric Entry Applications.