Optical Imaging: 3D Approximation and Perturbation Approaches for Time-domain Data

The reconstruction method presented here is based on the diffusion approximation for the light propagation in turbid media and on a minimization strategy for the output-least-squares problem. A perturbation approach is introduced for the optical properties. Here, the number of free variables of the inverse problem can be strongly reduced by exploiting a priori information such as the search for single inhomogeneities within a relatively homogeneous object, a typical situation for breast cancer detection. Higher accuracy and a considerable reduction of the computational effort are achieved by solving a parabolic differential equation for a perturbation density, i.e. the difference between the photon density in an inhomogeneous object and the density in the homogeneous case being given by an analytic expression. The calculations are performed by a 2D FEM algorithm, however, as a time-dependent correction factor is applied, the 3D situation is well approximated. The method was successfully tested by the University of Pennsylvania standard data set. Data noise was generated and taken into account in a modified data set. The influence of different noise on the reconstruction results is discussed

Improvement of the Automatic Grid Adaptation for Vortex Dominated Flows using Advanced Vortex Indicators with the DLR-TAU Code.

Vortex dominated flows appear in many flow simulations such as wake turbulence of an aircraft or a delta wing at a high angle of attack. For detailed investigations of vortex breakdown, vortex interactions or tracing vortex cores, an automated grid adaptation with suitable vortex indicators is essential. Physical indicators, e.g. the vorticity magnitude or the total pressure loss, are in most cases not sufficient for correctly identifying a vortex core. This paper presents advanced vortex core indicators which properly identify a vortical structure independent of the flow case. These vortex indicators are tested in typical flow applications to determine the right cut-off value which is important for an automated adaptation procedure. A grid refinement for a delta wing testcase in combination with the newly introduced vortex indicators will demonstrate the improvements compared to the standard pressure loss indicator

Untersuchung verschiedener Netzadaptionsstrategien der Tau-Adaption

Das Thema dieses Berichtes ist eine vergleichende Untersuchung verschiedener Netzadaptionsstrategien im Sinne der Wahl des Verfeinerungsindikators, der Anzahl der Adaptionsschritte und der zusätzlichen Netzpunkte, um Referenzergebnisse möglichst gut zu approximieren. Die dazu nötigen Arbeiten wurden im Rahmen des Projektes Digital-X ausgeführt und sind seinem Ziel der Bereitstellung effizienter hochgenauer Simulationssoftware auf der Basis des TAU-Codes zugeordnet. Eine zusammenfassende Beschreibung der Ver- und Entfeinerungsalgorithmen der TAU-Adaption dient dem besseren Verständnis des Zusammenwirkens von Verfeinerungsindikatoren und eigentlicher Netzverfeinerung. Sie enthält eine im Rahmen des Projektes entstandene Erweiterung der Hexaederadaption, mit der ein Teil der netz- und algorithmenbedingt existierenden Einschränkungen an die resultierenden Netze aufgehoben werden soll. Das verwendete Testbeispiel, der ONERA-M6-Flügel, stellt einen Kompromiss zwischen der Komplexität industriell relevanter Probleme und der Handhabbarkeit in einer systematischen Untersuchung auf verschiedenen Gittertypen, verschiedenen Indikatoren und Parametervariationen mit einer großen Zahl einzelner Rechnungen dar. Insbesondere ermöglicht es noch die Konstruktion von zweifach global verfeinerten Gittern zur Simulation von Referenzwerten zur Bewertung der lokalen Adaption. Diese simulierten Referenzen wurden mit den gleichen Solver-Einstellungen berechnet wie in den lokal adaptierten Rechnungen und können daher als frei von Messungenauigkeiten und Modellierungen angesehen werden, die die Untersuchung der lokalen Adaption stören würden. Der grafische Vergleich der aerodynamischen Beiwerte aus lokal adaptierten Rechnungen auf verschiedenen Netztypen, unter Verwendung verschiedener Verfeinerungsindikatoren und verschiedener Anteile von neuen Punkten sowie mehrfacher Adaptionszyklen macht den Hauptteil des Berichtes aus. Etwas überraschend konnte die vermutete systematische Überlegenheit der adjungierten-basierten Verfeinerungsindikatoren über die einfacheren differenzen-basierten Indikatoren nicht nachgewiesen werden. Schließlich werden im letzten Abschnitt einige mögliche Ursachen für die nicht nachweisbare oder fehlende Überlegenheit der adjungierten-basierten Adaptionsindikatoren dargestellt. Angesichts des hohen Aufwandes zur Berechnung der adjungierten Lösung wird eine vorläufige Best-Practice-Empfehlung für die Berechnung stationärer Flügelströmungen und vergleichbarer Probleme zugunsten der einfacheren differenzen-basierten Indikatoren gegeben

hp-Adaptation for a Discontinuous Galerkin Method in an Unstructured Flow Solver

Adaptation is an important tool in modern computational fluid dynamics software, which can reduce the computational cost of a simulation and simplifies the process of mesh generation. Important flow features, e.g. internal layers, shocks, or vortices, do not need to be considered in the initial mesh design manually. In this paper we present results of the hp-adaptive discontinuous Galerkin finite element method in the CFD-software CODA based on simple local adaptation indicators that can be evaluated very efficiently

Parallel dynamic grid refinement for industrial applications.

This paper covers a description of the algorithms and data-structures used in the parallel DLR TAU-Code Adaptation tool. Attention is given to the basic algorithms of the parallel anisotropic refinement and de-refinement, as well as the data-structures for distributed grids and grid hierarchy. The parallelization issues for distributed data are discussed along with the dynamic repartitioning and the load-balancing algorithm. To demonstrate the dynamic character of the TAU-Code adaptation, we choose a simulation for a complex aircraft configuration and perform a parallel CFD calculation using varying numbers of CPUs. The obtained results show good parallel scalability with respect to memory and CPU-time consumption

Assessment of Local LES-Resolution Sensors for Hybrid RANS/LES Simulations

Different sensors that provide a measure for the resolution of the LES content in hybrid RANS/LES computations are proposed and investigated. In an apriori test on isotropic turbulence a suitable sensor is identified. Based on that sensor an automatic local mesh refinement is performed for an IDDES of the flow over a backward facing step. The results obtained on locally adapted grids are compared to results on globally refined grids. It is shown, that the proposed sensors can detect underresolved LES regions and that the local mesh refinement can help to reduce resolution errors caused by a too coarse grid spacing