Fachgruppen

Auf diese Experimente können andere Projekte zugreifen: entweder durch Wissenstransfer für adaptierte Experimente in den anderen Teilprojekten oder über Messungen an diesen Aufbauten. Weiter können die Leitkonfigurationen als Standardkonfiguration für Simulationen dienen. Bei den Leitkonfigurationen handelt es sich also mehr um eine Familie von verschiedenen experimentellen und theoretischen Realisierungen. Darunter sind auch die konkreten experimentellen Aufbauten aus A01 und A02.

Dem freien C++ Programmpaket OpenFOAM kommt im SFB 1194 eine zentrale Bedeutung zu, da es die interdisziplinäre Zusammenarbeit bei Modellentwicklung und Simulation auf unterschiedlichen Detailebenen maßgeblich unterstützt.

OpenFOAM wird als gemeinsame, zentrale Entwicklungsplattform zur Umsetzung neuer Modellierungsansätze und Simulationsmethoden im SFB genutzt.

Mehr über OpenFOAM erfahren

In Abstimmung mit TP Z-INF unterstützt der „Mercator-Fellow“ Prof. Dr. Hrvoje Jasak (maßgeblicher Entwickler von OpenFOAM) den SFB in folgenden Bereichen:

• Beratung aller relevanten TP:
  • dynamisch-adaptive und bewegte, unstrukturierte Gitter
  • Lösungsstrategien für komplexe, gekoppelte Kontinuumsprobleme
  • effiziente Umsetzung der Algorithmik in der OpenFOAM-Umgebung
• Unterstützung TP B06 bei der Erweiterung der eXtended DG (Discontinuous Galerkin) Methode
• Unterstützung TP B04 , wo u.a. ein Demonstrator für Optimierungsfragestellungen bei Benetzungsproblemen auf Basis von DAKOTA mit Schnittstelle zu OpenFOAM entwickelt wird
• Unterstützung von TP B01 und B02 , deren Direkte Numerische Simulationen eine extrem hohe räumliche Auflösung sowohl nahe der Kontaktlinie (Benetzungshydrodynamik) als auch an der fluiden Grenzfläche (Transportgeschehen) benötigen

Die Fachgruppe Modellierung dient dem wissenschaftlichen Austausch hinsichtlich der verwendeten mathematischen Modelle. Ziel ist es, physikalisch fundierte, mathematische Modelle sowie numerische Methoden und Verfahren zu entwickeln, zu erweitern bzw. zu verbessern und diese in Rechenprogramme umzusetzen, mit denen die lokalen Transport- und Benetzungsvorgänge an der Kontaktlinie und deren Wirkung in den wandferneren Bereich simuliert werden können. Wissenschaftliche Fragen hierbei sind zum Beispiel:

• Unter welchen Voraussetzungen (oder auf welcher Betrachtungsebene) kann die Kontaktlinie als eindimensionale Kurve beschrieben werden? Unter welchen Voraussetzungen ist der Kontaktlinienbereich zwei- oder gar dreidimensional zu behandeln? Wie muss dabei ggf. eine nanoskalige Wandmorphologie berücksichtigt werden?
• Wie lässt sich das Problem der Singularität der Spannungen behandeln? Welchen Einfluss hat die an/auf der Kontaktlinie befindliche Masse?
• Ist die Grenzflächenspannung in der Nähe der Kontaktlinie konstant oder dynamisch? Wie schnell altert eine Kontaktlinie?
• Wie kann unter detailgetreuer Einbindung des Kontaktlinienbereichs, was eine extrem hohe Auflösung erfordert, eine effiziente Simulation makroskopischer hydro- und thermodynamischer Prozesse erfolgen? Wie können hierfür effiziente Subgridskalen- bzw. Multiskalen-Ansätze formuliert werden?
• Unter welchen Voraussetzungen und auf welchen Skalen haben kontinuumsmechanische Modelle hier Gültigkeit? Wie kann eine Brücke von der MD-Simulation zur CFD-Simulation unter Verwendung einer gemeinsamen Softwareplattform gestaltet werden?
• Ist der Kontaktlinienbereich bei Verwendung von CFD besser mit Sharp-Interface- oder mit Diffuse-Interface-Methoden darstellbar? Lassen sich Vorteile verschiedener Ansätze kombinieren?
• Wie können hocheffiziente Gradienten- und Optimierungsverfahren entwickelt werden, die im vorliegenden hochdimensionalen Parameterraum zielgerichtete Sensitivitätsanalysen oder gar virtuelle Designstudien ermöglichen? Wie müssen numerische Verfahren und Simulationswerkzeuge gestaltet sein, damit die nachfolgenden Fragestellungen der Sensitivitätsanalysen und Optimierung effizient behandelt werden können?

Zur Stärkung des wissenschaftlichen Programms unterstützt ab der zweiten Förderperiode Joël De Coninck (Université libre de Bruxelles) die Arbeiten des SFB 1194. Prof. De Coninck wird hauptsächlich mit folgenden Projekten zusammenarbeiten:

• B07 : Hybrid Atomistic-Continuum (HAC)
• B01 , B02 , B06 : Kontaktlinienmodellierung

Joël De Coninck
Professeur Ordinaire – Full Professor

Université libre de Bruxelles – Transfers, Interfaces and Processes