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Markus Hundshagen

• This thesis proposes a customized computational fluid dynamics (CFD) approach in terms of a hybrid two-phase (H2P) solver for the transient 3D simulations of liquid/gas radial centrifugal pump flow. The H2P solver incorporates the Euler-Euler two-fluid model in dispersed flow regions and continuously blends interface-resolving Volume-of-Fluid features when large interfaces of coherent gas accumulations are to be resolved. A turbulence-scale adaptive simulation approach allows the reproduction of unsteady flow patterns, and a population balance model is used to account for bubble polydispersity. The capability of the H2P solver is demonstrated for two pump test cases where experimental reference data is available from companion studies. The transition from disperse bubbly flow regime to gas accumulations, the head drop characteristics, and the mechanisms of gas accumulation are well captured for both pump flows, which goes clearly beyond the state of the art of former CFD models.
• In dieser Arbeit wird ein hybrider Zweiphasenlöser zur Simulation der instationären und dreidimensionalen Strömung in Radialkreiselpumpen bei der Flüssigkeit/Gas-Gemischförderung vorgestellt. Der Löser verwendet das Euler-Euler-Zwei-Fluid-Modell in Strömungsregionen dispergierter Gasblasen und fügt kontinuierlich ein grenzflächenauflösendes Verfahren hinzu, wenn Phasengrenzflächen von Gasakkumulationen aufgelöst werden sollen. Ein skalenadaptives Turbulenzmodell ermöglicht die Reproduktion instationärer Strömungsgebiete. Die Polydispersität von Gasblasen wird durch ein Populationsmodell abgebildet. Die Treffergenauigkeit des Lösers wird an zwei Pumpentestfällen bewerten. Der Übergang von disperser Blasenströmung zu Gasakkumulationen, der Abfall der Förderhöhe bei steigender Gasbeladung der Flüssigkeit und der Mechanismus der Gasakkumulation werden für beide Pumpenströmungen gut erfasst, was deutlich über den Stand der Technik früherer Simulationsmodelle hinausgeht.