Optimierung durch Simulation

Strömungsmechanik - ein breites Anwendungsgebiet des Höchstleistungsrechnens

In vielen Bereichen unserer Umwelt sind strömungsmechanische Untersuchungen von großer Wichtigkeit. Probleme der Strömungs-mechanik und ihre weitreichende Bedeutung für technisch-industrielle Anwendungen sind deshalb Gegenstand von Forschungs- und Entwick-lungsarbeiten. Während frühere Untersuchungen in Forschung und Entwicklung rein experimentell durchgeführt wurden, treten zunehmend kombinierte Untersuchungen von Experiment und Computersimulationen in den Vordergrund. Der hohe Rechneraufwand für diese Simulationen macht den Einsatz von Hochleistungsrechnern und leistungsfähigen Datennetzen unbedingt erforderlich.

Strömungsmechanische Simulationen tragen zum Beispiel zur Verbesserung der Kraftfahrzeug- und Flugzeugaerodynamik sowie zur Weiterentwicklung von Hochgeschwindigkeitszügen bei. Die Steigerung der Wirtschaftlichkeit moderner Verbrennungsmotoren, die Lösung strömungsmechanischer Probleme der Abwassertechnik und die Optimierung hochwertiger Lackierungen sind strömungsmechanische Aufgabenstel-lungen aktuellster Forschungsarbeiten. Auch Problemlösungen für die chemische Industrie werden angestellt, beispielsweise die Verbesserung der Auslegung von Rühr- und Mischprozessen, die Erhöhung der Pro-duktqualität hochwertiger Videobänder, fotographischer Filme und veredelter Papiere oder die Erforschung der im Vergleich zur konventionellen Brennertechnik völlig neuen, innovativen Porenbrennertechnik.

Grundlage aller strömungsmechanischen Untersuchungen sind die Navier-Stokes Gleichungen, die Erhaltungsgleichungen für die Masse, den Impuls und die Energie im Fluid darstellen. Mit Hilfe dieser Gleichungen können theoretisch alle strömungsmechanischen Fragestellungen beantwortet werden. Die genaue und zuverlässige Lösung der genannten Gleichungen erfordert einen sehr hohen Rechenaufwand. Detaillierte physikalische/mathematische Modelle, leistungsfähige Algorithmen sowie Hochleistungsrechner und schnelle Netzwerke sind deshalb absolute Voraussetzung für zuverlässige und kostengünstige Strömungssimulatio-nen, wenn Computersimulationen zur Kostenreduzierung, der Verkür-zung von Entwicklungs- und Testphasen, der Steigerung der Produktivität und der Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit beitragen sollen.

Lehrstuhl für Strömungsmechanik
der Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Dr. Dr. h.c. F. Durst
Cauerstr. 4
91058 Erlangen