Viele Bereiche der Technik hängen von der Bewegung von
Gasen oder Flüssigkeiten ab. Diese Transportvorgänge ermöglichen
nicht nur Kühlung oder Erwärmung, sondern auch Verbrennung,
Dampferzeugung in Kraftwerken und die gezielte Herstellung
bestimmter chemischer Stoffe. Damit Computer, wie sie
am Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart vorhanden sind,
diese Strömungs- und Transportvorgänge realistisch simulieren
können, sind umfangreiche theoretische Vorarbeiten erforderlich.
Diese bestehen zunächst in einer Formulierung mechanischer,
chemischer oder elektrodynamischer Grundsätze in der Sprache
der Mathematik, meist als Systeme partieller Differentialgleichungen.
In diese exakte Beschreibung werden dann empirische, praxisorientierte
Modell-Ansätze eingefügt. Schließlich erfolgt die Umsetzung
durch Programmierung von numerischen Näherungsverfahren.
Computerprogramme zur Strömungssimulation werden heute
in Forschung und Industrie in vielfältiger Weise etwa
für die Entwicklung neuer Produkte, die Verbesserung der
Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit energie-
oder verfahrenstechnischer Großanlagen oder für Optimierungsaufgaben
eingesetzt. Ein Beispiel ist die Simulation der Strömungs-
und Verbrennungsprozesse in Kraftfahrzeugmotoren, die
bereits einen hohen Stand erreicht hat. Auch die Hersteller
von Strömungsmaschinen und die verfahrenstechnische Industrie
sind auf leistungsfähige und zuverlässige Simulationsmethoden
angewiesen. Trotz der unterschiedlichen Anwendungsgebiete
der numerischen Strömungssimulation können wesentliche
Teile der theoretischen Vorarbeiten allgemeingültig durchgeführt
werden. So basieren Strömungsvorgänge stets auf Transportgleichungen,
den sogenannten „Navier-Stokes-Gleichungen oder Differentialgleichungen,
die diesen ähnlich sind. Dies führte auf das Grundkonzept
des Tutoriums, das darin bestand, unterschiedliche Anwendungsdisziplinen
in kompakter Form nebeneinander zu behandeln. Ziel der
einführenden Vorträge von Claus-Dieter Munz war es, die
unter den jeweiligen Bedingungen hervortretenden mathematischen
Eigenschaften in engem Zusammenhang mit geeigneten numerischen
Näherungsverfahren (Differenzen-, Finite-Volumen- und
Finite-Elemente-Verfahren) darzustellen. Diese mathematischen
Grundlagen wurden ergänzt durch Vorträge über anwendungsspezifische
Varianten und Modelle. Diese behandelten die Turbulenz
sowie reaktive Strömungen, Blasen- oder Tropfenströmungen
und Plasma-Strömungen. Das Vortragsprogramm wurde durch
eine Präsentation über die Software-Entwicklung in der
industriellen Praxis ergänzt. Das Tutorium wurde von Prof.
Dr.-Ing. Eckart Laurien vom Institut für Kernenergetik
und Energiesysteme, Prof. Dr. Ulrich Maas vom Institut
für Technische Verbrennung und Prof. Dr.-Ing. Claus-Dieter
Munz vom Institut für Aerodynamik und Gasdynamik durchgeführt.
Die Veranstaltung fand im Rahmen des Forschungsverbunds
Wissenschaftliches Rechnen in Baden-Württemberg (WIR)
statt, in dem Wissenschaftler unterschiedlicher Fachrichtungen
im Bereich Computersimulation zusammengeschlossen sind.
KONTAKT
Dipl.-Ing. S. Becker, Institut für Kernenergetik
und Energiesysteme, Pfaffenwaldring 31, 70569 Stuttgart,
e-mail: becker@ike.uni-stuttgart.de;
WWW: www.ike.uni-stuttgart.de/~www_tfd
/wir_tutorium.html
