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Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE)

Arbeitsgruppe Lattice-Boltzmann-Methoden

In den letzten Jahren hat sich die Lattice-Boltzmann-Methode als ausgereiftes Werkzeug für Strömungssimulationen bewährt. Im Vergleich zu bisher bestehenden Navier-Stokes Lösern, ermöglicht die Lattice-Boltzmann-Methode effiziente Verfahren zum Berechnen turbulenter, thermischer oder von Mehrphasen-Strömungen.
Lattice-Boltzmann-Methode_Kanalströmung

Aktuelle Forschungsthemen

  • Kompressible Strömungen: Thermische Entwicklung durch Kompressibilität
  • Weiterentwicklung der Lattice-Boltzmann-Methode unter Zuhilfenahme neuronaler Netze
  • Aeroakustische Analyse von Windkraftanlagen: Schallemissionen an der Hinderkante und deren Reduktion

Methoden, Kompetenzen und Anwendungen

LBM Bild

Die Arbeitsgruppe entwickelt ein in Python geschriebenes Softwarepaket, namens Lettuce, das die Lattice-Boltzmann-Methode beinhaltet. Dieses Softwarepaket basiert auf PyTorch, welches hauptsächlich eine Softwarebibliothek für Machine-Learning Algorithmen darstellt. Dies ermöglicht nicht nur effiziente Berechnungen auf der Grafikkarte, sondern darüber hinaus auch den Nutzen von neuronalen Netzen in der Lattice-Boltzmann-Methode.

Ein zusätzlicher Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Analyse kraftangetriebener Turbulenzen. Die Gruppe untersucht dabei innovative Ansätze zur Modellierung und Steuerung von Turbulenzen durch die Anwendung fortschrittlicher numerischer Simulationen.

Des Weiteren widmet sich die Arbeitsgruppe der Aeroakustik von Windkraftanlagen, insbesondere der Reduktion von Schallemissionen an der Hinterkante der Rotorblätter. Durch numerische Simulationen strebt die Forschung an, neue Strategien zu entwickeln, die die Schallbelastung ohne Verlust der Effizienz verringern. Diese Bemühungen tragen zur Umweltverträglichkeit und Akzeptanz dieser für die Energiewende essenziellen Technologie bei.

Labore & Lehre

LBM Bild 2

Die Simulationen werden auf dem Rechencluster der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg durchgeführt. Eine effiziente Implementierung der Methode sowie eine effektive Parallelisierung ermöglichen leistungsfähige Berechnungen, die hochauflösende Simulationen erlauben.

Die Arbeitsgruppe ermöglicht die Betreuung einer Abschlussarbeit, mit dem Schwerpunkt auf Strömungssimulationen. Für Bewerbungen auf eine Abschlussarbeit kontaktieren Sie bitte Prof. Dr. Dirk Reith

„Uns geht es darum, wichtige Strömungsphänomene, wie turbulente Strömungen und Aeroakustik von Windkraftanlagen zu verstehen. Zentrale Motivation dieser Forschung liegt in ihrer Anwendbarkeit auf reale technische Herausforderungen. Durch die Modellierung turbulenter Strömungen mithilfe der LBM können wir die Effizienz von Anlagen verbessern, umweltfreundliche Energiequellen weiter optimieren und die Akzeptanz solcher Technologien in der Gesellschaft fördern.”

Prof. Dr. Dirk Reith - Direktor des TREE-Instituts

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Forschungsgruppenleiter
  • Prof. Dr. Dirk Reith
Doktoranden
  • Mario Bedrunka
  • Philipp Spelten

Studierende

  • Maximilian Bille
  • Ben Picard
Ehemalige
Ausgewählte / Neue Publikationen
  • Wilde, D., Nidhan, S., Pham, H. T., Foysi, H., Reith, D., & Sarkar, S. (2023). Stratified Taylor–Green vortex by lattice Boltzmann methods: Influence of stencils, forcing schemes, and collision models.
  • Bedrunka, M. C., Wilde, D., Kliemank, M., Reith, D., Foysi, H., & Krämer, A. (2021). Lettuce: PyTorch-based Lattice Boltzmann Framework.
  • Wilde, D., Krämer, A., Bedrunka, M., Reith, D., & Foysi, H. (2021). Cubature rules for weakly and fully compressible off-lattice Boltzmann methods. Journal of Computational Science51, 101355.
  • Wilde, D., Krämer, A., Reith, D., & Foysi, H. (2020). Semi-Lagrangian lattice Boltzmann method for compressible flows. Physical Review E101(5), 053306.
  • Wilde, D., Krämer, A., Küllmer, K., Foysi, H., & Reith, D. (2019). Multistep lattice Boltzmann methods: Theory and applications. International Journal for Numerical Methods in Fluids90(3), 156-169.
Kooperationspartner
  • Prof. Dr. Holger Foysi - Universität Siegen

Kontakt

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Dirk Reith

Mathematik, Physik und Simulationsanwendungen (Forschungsprofessur), Direktor des TREE-Instituts, Präsidialbeauftragter - Institutionelle Forschungskooperationen, Faculty Advisor - BRS Motorsport (Formula Student)

Forschungsfelder

Standort

Sankt Augustin

Raum

B 223

Adresse

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin

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Mario Bedrunka

Aufbau/Betreuung des Labors "Technologien der Energiespeicherung", Doktorand

Standort

Sankt Augustin

Raum

H 214

Adresse

Grantham-Allee 20

53757, Sankt Augustin

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Philipp Spelten

Doktorand

Forschungsfelder

Standort

Sankt Augustin

Raum

H 214

Adresse

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin