Numerik, Modellierung und Simulation

Ziel
Die Abteilung „Numerik“ am Institut für Verbrennung und Gasdynamik (IVG) beschäftigt sich mit Modellierung und Simulation der Strömungsmechanik, der Reaktionskinetik und der Aerosoldynamik. Im Mittelpunkt steht hierbei die Entwicklung von physikalischen Modellen und numerischer Methoden, sowie deren Software-technische Implementierung in quell-offene Programmbibliotheken. Die enge Ankopplung an laufende Versuche im Labor- und Technikumsmaßstab erlaubt uns eine ausführliche Validierung, sowohl der Simulationsmethoden, als auch der experimentellen Diagnostik.
Ergänzend zu den Experimenten erlaubt die numerische Simulation Einsicht in messtechnisch unzugängliche Bereiche und Skalen. Objekt der Simulationen sind  Synthesereaktoren, motorische Verbrennung und biologische Strömungen, möglichst unter Berücksichtigung aller auftretenden, physikalischen Effekte.

Verfahren
Die numerische Simulation ist interdisziplinär angesiedelt in der Physik, angewandten Mathematik und Informatik. Die verwendeten Modelle basieren auf dem  Erhaltungsprinzip und lassen sich als Transportgleichungen für skalare und vektorielle Feldgrößen abbilden. In der Lösung dieser nichtlinearen, partiellen Differentialgleichungen kommen finite Differenzen, finite Volumen und stochastische Methoden zum Einsatz.
In der Methodenentwicklung kommen quell-offene Bibliotheken OpenFOAM™ und Cantera zum Einsatz. Ein Vorteil dieser Bibliotheken ist neben der Quelltext Verfügbarkeit, ihre Portierbarkeit auf Hochleistungsrechner. Mit der Beschaffung der Cray XT6m verfügt die Universität Duisburg-Essen neben den zahlreichen Cluster-Lösungen über einen Hochleistungsrechner mit einer Performance von 26 TFlop/s.

Veröffentlichungen
M. Finck, D. Hänel, I. Wlokas, Simulation of nasal flow by lattice Boltzmann methods, Computers in Biology and Medicine 37 (6), 739-749 (2007)
S. Staude, C. Hecht, I. Wlokas, C. Schulz, and B. Atakan, Experimental and Numerical Investigation of Fe(CO)5 Addition to Laminar Premixed Hydrogen/Oxygen/Argon Flame, Z. Phys. Chem. 223, 639-649 (2009)

Kontakt
Dr.-Ing. I. Wlokas, i.wlokas@uni-due.de, Tel  +49 (0)203 - 379 1571, IVG