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Die numerische Simulation hat sich in den letzten Jahrzehnten stetig weiterentwickelt und ist im Bereich der Aerodynamik und der Hydrodynamik zu einem etablierten Werkzeug für die Auslegung und Fehleranalyse von Bauteilen herangereift. Der Schwerpunkt der Forschung verlagert sich daher zunehmend auf die numerische Simulation mehrphasiger Strömungen. Derartige Mehrphasenströmungen zeichnen sich durch eine hohe Dynamik, komplexe physikalische Vorgänge und eine große Spanne an Längenskalen aus, die überwiegend mit den sich ausbildenden Grenzflächen zusammenhängen. Insbesondere in der Chemie- und Verfahrenstechnik sind solche Problemstellungen häufig anzutreffen und entsprechend viel Forschungsbedarf ist vorhanden. Allerdings liegt der Schwerpunkt der jeweiligen Forschungsarbeit und Modellentwicklung jeweils auf numerischen Simulationen für eine spezifische Morphologie: a) Verfahren zur Simulation von dispersen Strukturen, bei welchen die Grenzflächen durch das numerische Gitter nicht erfasst werden (Euler-Euler, Euler-Lagrange) und b) Verfahren, bei welchen die Grenzflächen aufgelöst werden (Volume-of-Fluid, Level-Set). Jedoch gibt es eine Vielzahl von technischen Fragestellungen, bei denen die auftretenden Morphologien – und damit das am besten geeignete Verfahren – nicht a priori bekannt sind. Hierzu gehören u.a. Flotationszellen, Kältemaschinen, biologische und chemische Reaktoren, Destillationskolonnen, Drall-basierte Abscheider oder Fliehkraftpumpen für mehrphasige Strömungen. Seit einiger Zeit werden für derartige Problemstellungen spezielle hybride Simulationsmethoden entwickelt: 2-Feld-Ansätze mit entsprechendem Morphologieblending, 4-Feld-Ansätze mit spezifischen numerisch motivierten Phasen, Drift-Flux-Methoden auf Volume-of-Fluid-Basis oder auch das Blending zwischen Simulationsmethoden wie Euler-Euler und Level-set. Der vorliegende Beitrag stellt einen 4-Feld-Ansatz vor, welcher seit einiger Zeit am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in der quelloffenen Bibliothek OpenFOAM entwickelt und validiert wird. Die wesentlichen Entwicklungskriterien und -ziele sind: - robuste Anwendbarkeit für ingenieurstechnische Fragestellungen in der Chemie- und Verfahrenstechnik, - Anwendung eines einheitlichen Satzes von Gleichungen, welcher die verschiedenen Simulationsmethoden enthält (kein Blending zwischen den Methoden), - für hochauflösende numerische Gitter sollen die Ergebnisse für aufgelöste Grenzflächen denen einer algebraischen Volume-of-Fluid-Simulation entsprechen, - für niedrigauflösende Gitter sollen die Ergebnisse für disperse Strukturen denen des Euler-Euler-Verfahrens entsprechen, - Phasen, welche eine aufgelöste Grenzfläche ausbilden, und Phasen, welche dispers in einer anderen Phase vorliegen, sind eigenständige numerische Phasen, - ein Morphologieübergang zwischen aufgelösten und dispersen Strukturen soll über entsprechende Massentransfermodelle zwischen den numerischen Phasen realisiert werden und - disperse Phasen sollen mit aufgelösten Grenzflächen interagieren können (Übergang, Aufplatzen, Schaumbildung). Der derzeitige Entwicklungsstand umfasst u.a. die Modellierung aufgelöster Grenzflächen im Euler-Euler-Modell, die erfolgreiche Verifikation anhand von Volume-of-Fluid-Simulationen, die Modellierung aufgelöster Strukturen auf zu groben Gittern durch entsprechende Schließungsmodelle, die Stabilisierung des Euler-Euler-Verfahrens für disperse Strukturen auf zu feinen Gittern und einfache Massentransfermodelle für den Morphologieübergang. Die Fähigkeiten des Modellansatzes für mehrphasige Strömungen mit Morphologieübergang werden anhand einer Sprudelschicht und eines Drall-basierten Abscheiders für Gasblasen demonstriert. Eine wesentliche Intention des Beitrages ist es, die am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf entwickelte Simulationstechnologie der deutschen Chemie- und Verfahrenstechnik vorzustellen, um für die Weiterentwicklung Kooperationspartner und Anwendungsfälle zu finden. Vertrauensvolle Partnerschaften zwischen Forschungszentren und Industrie sollen es der Spitzenforschung der Helmholtz-Gemeinschaft ermöglichen, die Technologieführerschaft der deutschen Chemie und Verfahrenstechnik langfristig sicherzustellen., Dazu sollen Schwachstellen in der Modellierung mit komplexen, realistischen Anwendungsfällen identifiziert werden und die Robustheit der Methode soll durch ein großes Spektrum von Anwendungsfällen gewährleistet werden.

Kurzfassung In einer Vielzahl industrieller Prozesse spielen Strömungen mit verschiedenen gasförmigen und flüssigen Phasen eine wichtige Rolle. Die Phasengrenzflächen bilden sehr große Strukturen aus, wie z. B. eine freie Wasseroberfläche. Gleichzeitig können kleine, s. g. disperse Strukturen wie Gasbläschen auftreten. Um auch komplexe Prozesse zu simulieren ohne die Art der Strömung im Vorhinein zu kennen, werden unterschiedliche Methoden zur numerischen Beschreibung der verschiedenen Strömungstypen miteinander kombiniert. In der vorliegenden Arbeit wird die Euler-Euler-Methode für disperse Strukturen mit der algebraischen Volume-Of-Fluid-Methode für großskalige Phasengrenzflächen kombiniert. Das auf diese Weise formulierte hybride Mehrphasenmodell wird im Mehr-Fluid-Modell für eine beliebige Anzahl von Phasen formuliert, d. h. für jede vorhandene Phase gelten individuelle Erhaltungsgleichungen für Masse und Impuls. Für disperse Strömungen werden Formulierungen aus der Literatur für den Strömungswiderstand und die virtuelle Masse von Gasblasen genutzt, um den Impulsaustausch zwischen den verschiedenen Phasen zu beschreiben. Für großskalige Phasengrenzflächen wird das Widerstandsmodell von Štrubelj und Tiselj (2011) verwendet, mit dessen Hilfe die Impulserhaltungsgleichungen der individuellen Phasen stark aneinander gekoppelt werden. Zur Beschreibung des Platzens von Gasbläschen an einer freien Oberfläche wird eine neue Formulierung des Phasentransfers eingeführt, womit disperses in kontinuierliches Gas überführt wird. Für die numerische Lösung des resultierenden Gleichungssystems wird die kompakte Impulsinterpolation von Cubero et al. (2014) genutzt. Die starke Kopplung der phasen-spezifischen Gleichungen für den Impulserhalt erfordert besondere numerische Maßnahmen, um das gesamte Gleichungssystem effizient zu lösen. Dazu wird die Methode der partiellen Eliminierung von Spalding (1981) durch eine Summenformulierung zur näherungsweise Auflösung dieser Kopplung auf das Mehr-Fluid-Modell erweitert. Anhand von zwei- und dreidimensionalen Fällen von aufsteigenden einzelnen Gasblasen wird nachgewiesen, dass das hybride Modell das Verhalten des Ein-Fluid-Modells zur Beschreibung großskaliger Phasengrenzflächen beschreiben kann. Darüber hinaus wird die Funktionsweise der Methode demonstriert, die Interaktion zwischen kleinen Gasbläschen und großskaliger Phasengrenzflächen zu beschreiben. Dies schließt den Phasentransfer von dispersem zu kontinuierlichem Gas ein. In der Realität sind viele Strömungen turbulent und analog zu den Phasengrenzflächen sind die turbulenten Wirbel typischerweise von sehr verschiedenen Längenskalen. Ein möglicher Weg, solche Probleme numerisch zu beschreiben, ist die Grobstruktursimulation (engl. large-eddy simulation). Dazu werden die Erhaltungsgleichungen räumlich tiefpass-gefiltert. Dadurch entstehen im hiesigen Mehr-Fluid-Modell fünf ungeschlossene Feinstrukturterme, zu denen die Terme der konvektiven Feinstrukturspannungen und der Feinstruktur-Oberflächenspannung gehören. Für die Abschätzung dieser beiden Terme werden unterschiedliche Modelle genutzt. Bei manchen dieser Modelle wird die Struktur der Phasengrenzfläche direkt berücksichtigt. Der Einfluss dieser Modelle auf die Interaktion zwischen der Turbulenz und der Phasengrenzfläche wird anhand von Testfällen einzelner aufsteigender Gasblasen a posteriori untersucht. Abstract Flows of gaseous and liquid phases play an important role in numerous industrial processes. The interface, which is the contact surface between different immiscible phases, may form large structures, e.g., a free water surface. At the same time small, so-called disperse structures such as micro gas bubbles may appear.In order to numerically describe such complex processes without knowing the type of flow in advance, different methods for the numerical description of different kinds of flows are combined with each other. In the present work the Euler-Euler method is applied for disperse structures and the algebraic volume-of-fluid method is used to describe large scale interfaces. The resulting hybrid multiphase model is formulated in the context of the multi-fluid model for an arbitrary number of phases, i.e., for each phase present individual conservation equations are considered for mass and momentum. This requires the definition of model forces to express the momentum transfer between different phases. For disperse flows appropriate formulations for drag and virtual mass of gas bubbles from the literature are employed. For large scale interfaces the drag model of Štrubelj and Tiselj (2011) is used, which strongly couples the momentum equations of the individual phases together. In order to describe the process of gas bubbles bursting at a free surface a new phase transfer formulation is introduced, such that disperse gas can be turned into continuous one. The compact momentum interpolation according to Cubero et al. (2014) is utilized for the numerical solution of the resulting system of equations. The strong coupling of phase specific momentum conservation equations requires special treatment to allow the system of equations to be numerically solved in an efficient way. Therefore, the partial elimination algorithm of Spalding (1981) is expanded to the multi-field model via a sum formulation with the goal of an approximate resolution of phase coupling. The functionality of the hybrid method to reproduce the behaviour of the one-fluid model for the description of large scale interfaces is proven with several two- and three-dimensional test cases considering individual rising gas bubbles. Furthermore, the method's ability to predict interactions of small gas bubbles and large scale interfaces is demonstrated, which includes the phase transfer from disperse to continuous gas. In reality many flows are turbulent and the according eddies are typically of widely varying length scales, just as it is the case for interfacial structures. Large-eddy simulation is a common approach to describe such problems numerically. Therefore, the conservation equations are spatially low-pass filtered, which leads to five unclosed sub-grid scale terms in the case of the presented multi-fluid model. Two of them are the convective sub-grid stress and the sub-grid surface tension term, which are modelled via several individual formulations taking the interface into account. The model influence on the interaction between turbulence and interface is assessed a posteriori considering single rising gas bubbles.

Fragestellung: Im Rahmen proximaler Humerusfrakturen sind neurovaskuläre Begleitverletzungen des unmittelbar benachbarten Plexus brachialis sowie der Arteria axillaris mit einer Prävalenz von 0,14 % bzw. 0,09 % eine Rarität, haben jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Wahl [zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2018)

Fragestellung: Zahlreiche Nahttechniken zur arthroskopischen Rekonstruktion der Rotatorenmanschette sind bis heute in der Literatur beschrieben worden. Ziel der vorliegenden Studie war, die biomechanischen Eigenschaften von 3 selbst-anziehenden ("self-cinching") Nahttechniken zu vergleichen.[zum vollständigen Text gelangen Sie über die oben angegebene URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2016)

Fragestellung: Bei der proximalen Humerusfraktur handelt es sich neben der Schenkelhalsfraktur und der Fraktur des Handgelenks um eine der häufigsten Frakturen bei Patienten älter als 65 Jahren [Einsiedel et al 2006]. Die Grenze für oder gegen Entscheidung zur Operation gab [for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014)

Fragestellung: Der Korakoidtransfer nach Latarjet bei rezidivierenden Schulterluxationen ist mittlerweile ein häufig durchgeführtes Verfahren. Zu den Komplikationen dieses Eingriffes bezüglich der Korakoidplatzierung zählen bei zu kranialer und medialer Positionierung die Reluxation,[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014)

Fragestellung: Zur Behandlung der rezidivierenden vorderen Schulterinstabilität hat sich der Korakoidtransfer nach Latarjet bewährt. Eine in der Literatur nicht selten beschriebene Komplikation dieses Eingriffes sind iatrogene Nervenschäden. Betroffen sind der N. axillaris (Nähe [for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014)

Fragestellung: Geschlossene Humerusschaftspiralfrakturen, die zudem noch den proximalen Anteil des Humerus miteinbeziehen, sind häufig Hinweis auf erhebliche Krafteinwirkungen während des Unfalls. Die operative Therapie ist aufgrund der Zugangsmorbidität und der Gefährdung wichtiger[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014)

Fragestellung: Im Kontext von Verletzungen des Acromio-Claviculargelenkes ist die anatomische Rekonstruktion des coracoclaviculären Bandapparates eine relativ neue Methode. Methodik: Am menschlichen Cadaverpräparat wurden 18 anatomische Rekonstruktionen von AC-Gelenksverletzen (9 nicht-navigierte,[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2013)

Fragestellung: Die fettige Infiltration (FI) ist im Alltag ein wichtiges Kriterium, um den Zustand der Rotatorenmanschette (RM) einer Schulter abzuschätzen. Etabliert ist die semiquantitative Einteilung der FI der RM nach Goutallier in der axialen Schnittebene. Wir untersuchten die Fragestellungen,[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2012)

Fragestellung: Implantatfreie, gelenknahe Fixiertechniken werden unter dem Kostendruck des DRG-Systems zunehmend interessant, da diese zur biologischen Optimierung beitragen und kostensenkend sind. Ziel dieser Arbeit war die systematische Überprüfung der biomechanischen Primärfestigkeit[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie; 74. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 96. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 51. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

Fragestellung: Das Phänomen des "Tunnel enlargement" oder "Tunnel widening" nach einer Ersatzoperation des vorderen Kreuzbandes wird hinsichtlich seiner klinischen Relevanz unterschiedlich beurteilt. Ziel der vorliegenden Studie war es, das radiologische Phänomen mit dem[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie; 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie

Fragestellung: Das Phänomen des "Tunnel enlargement" oder "Tunnel widening" nach einer Ersatzoperation des vorderen Kreuzbandes wird hinsichtlich seiner klinischen Relevanz unterschiedlich beurteilt. Ziel der vorliegenden Studie war es, das konventionelle Röntgen der Computertomographie[for full text, please go to the a.m. URL], Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie; 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie