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Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation

Untersuchung turbulenter Strömungen mit der Lattice-Boltzmann-Methode

Hier finden Sie Informationen über das Projekt "Untersuchung turbulenter Strömungen mit der Lattice-Boltzmann-Methode".
Masterprojekt Maschinenbau - Schwerpunkt Mechatronik
Masterprojekt Maschinenbau - Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung

KURZBESCHREIBUNG:

Die Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) ist eine alternative, moderne Methode zur numerischen Strömungsberechnung (Computational Fluid Dynamics - CFD). Sie zeichnet sich durch ein hohes Maß an Parallelisierbarkeit aus und wird daher zunehmend für die Berechnung turbulenter Strömung eingesetzt. Die LBM-Arbeitsgruppe der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg ist im Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) angesiedelt und forscht seit 2012 zusammen mit der Universität Siegen an der Weiterentwicklung der Methode. Zurzeit besteht die Arbeitsgruppe aus zwei Doktoranden.

Verschiedene mathematische Modelle zur Simulation von Turbulenz bilden verschiedene physikalische Phänomene unterschiedlich gut ab. Die Unterschiede der Modelle untereinander sind allerdings noch nicht ausreichend gut verstanden. Im Rahmen der Arbeit sollen konkret verschiedene bestehende Modelle analysiert und verglichen werden. Dazu sollen turbulente Strömungen zunächst anhand einfacher und vorhandener Testfälle simuliert und visualisiert werden. Die Testfälle werden dabei im Laufe der Projekte komplexer und sollen teilweise vom Studenten oder von der Studentin in den bestehenden Programmcode eingearbeitet werden.

Den Studentinnen und Studenten wird im Rahmen der Masterprojekte und der Masterarbeit die Möglichkeit gegeben, die Lattice-Boltzmann-Methode zu erlernen und gezielt an die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet herangeführt zu werden. Die Modellierung und Simulation von Fluiden ist also zentrales Element dieses Masterprojekts. Darüber hinaus werden Kenntnisse in der Programmierung und in der Strömungsmechanik vermittelt.

Zielgruppe dieses Masterprojekts sind Studentinnen und Studenten, die Interesse im interdisziplinären Bereich der numerischen Simulation - bestehend aus Elementen des Maschinenbaus, der Physik und Informatik - besitzen. Die Programmiersprache ist Python. Kenntnisse dieser Programm sind nicht vor Projektstart notwendig, allerdings ist die Bereitschaft zum Lernen dieser Sprache erwünscht.

Die Lattice-Boltzmann-Methode (LBM) ist eine alternative, moderne Methode zur numerischen Strömungsberechnung (Computational Fluid Dynamics - CFD). Sie zeichnet sich durch ein hohes Maß an Parallelisierbarkeit aus und wird daher zunehmend für die Berechnung turbulenter Strömung eingesetzt. Die LBM-Arbeitsgruppe der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg ist im Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) angesiedelt und forscht seit 2012 zusammen mit der Universität Siegen an der Weiterentwicklung der Methode. Zurzeit besteht die Arbeitsgruppe aus zwei Doktoranden.

Verschiedene mathematische Modelle zur Simulation von Turbulenz bilden verschiedene physikalische Phänomene unterschiedlich gut ab. Die Unterschiede der Modelle untereinander sind allerdings noch nicht ausreichend gut verstanden. Im Rahmen der Arbeit sollen konkret verschiedene bestehende Modelle analysiert und verglichen werden. Dazu sollen turbulente Strömungen zunächst anhand einfacher und vorhandener Testfälle simuliert und visualisiert werden. Die Testfälle werden dabei im Laufe der Projekte komplexer und sollen teilweise vom Studenten oder von der Studentin in den bestehenden Programmcode eingearbeitet werden.

Den Studentinnen und Studenten wird im Rahmen der Masterprojekte und der Masterarbeit die Möglichkeit gegeben, die Lattice-Boltzmann-Methode zu erlernen und gezielt an die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet herangeführt zu werden. Die Modellierung und Simulation von Fluiden ist also zentrales Element dieses Masterprojekts. Darüber hinaus werden Kenntnisse in der Programmierung und in der Strömungsmechanik vermittelt.

Zielgruppe dieses Masterprojekts sind Studentinnen und Studenten, die Interesse im interdisziplinären Bereich der numerischen Simulation - bestehend aus Elementen des Maschinenbaus, der Physik und Informatik - besitzen. Die Programmiersprache ist Python. Kenntnisse dieser Programm sind nicht vor Projektstart notwendig, allerdings ist die Bereitschaft zum Lernen dieser Sprache erwünscht.
 

PROJEKTPHASEN:
  • Masterprojekt 1: Einarbeitung in die Lattice-Boltzmann-Methode sowie die Simulation bereits existierender Testfälle.
  • Masterprojekt 2: Selbst erarbeitete Simulation und Auswertung einer Anwendung aus dem Gebiet der Strömungslehre mit verschiedenen Simulationsmodellen.
  • Masterthesis: Mitwirkung an einer aktuellen Forschungsfrage der Lattice-Boltzmann-Methode.

Anzahl Plätze: 2