B Modellierung und Simulation

Modellierung und Simulation

Projektbereich B entwickelt die mathematischen Modelle und numerischen Simulationsverfahren, welche die untersuchten Benetzungsvorgänge unter Einwirkung von Impuls-, Wärme- und Stofftransport auf Basis der physikalischen Mechanismen beschreiben (Ziel 2). Diese Modelle und Verfahren werden mit den generischen Experimenten aus Projektbereich A eng verzahnt und anhand dieser validiert.

Die Modellentwicklung selbst und die Ergebnisse der Simulationen, die in ihrer Auflösung und bzgl. der Parameter nicht denselben Einschränkungen wie die Experimente unterliegen, tragen bei dieser Verzahnung ebenfalls unmittelbar und wesentlich zum Verständnis bei (Ziel 1).

Während der Laufzeit des SFB werden die Modelle und Verfahren kontinuierlich in numerische Werkzeuge fortentwickelt, welche allgemein transferiert und genutzt werden können (Ziel 2). Hierzu, aber auch um einen steten und einfachen Austausch zwischen den Modellen im SFB zu erleichtern, erfolgt die Modellimplementierung sukzessive in OpenFOAM.

Um auf effektive und effiziente Weise Sensitivitätsanalysen, Parameterstudien und gezielte Optimierungsrechnungen durchführen zu können (Ziel 4), werden Techniken des Automatischen Differenzierens und die numerische Lösung adjungierter Gleichungen hinzugezogen. Dies führt zu Vorschlägen verbesserter Designs und Prozessführungen, die zunächst für prototypische Anwendungsszenarien aus den Gebieten Druck- und Wärmeübertragungstechnik eingesetzt werden. Während der Laufzeit des SFB erfolgt ein Ramp-Up bzgl. Komplexität der betrachteten Fluide und Oberflächen im Sinne einer zunehmenden Multiphysik.

Um hier die notwendige Genauigkeit und Auflösung zu ermöglichen, werden auch neuere Ansätze zur numerischen Diskretisierung freier Randwertprobleme der Strömungsmechanik exploriert. Nicht zugängliche Modellparameter (z.B. Transportkoeffizienten) sowie Verständnis auf molekularer Skala (Ziel 1) werden in molekulardynamischen Rechnungen ermittelt und untersucht.