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.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit 2013 intensiv mit der Weiterentwicklung dieser Lattice-Boltzmann-Methoden. Die entwickelten Verfahren werden auf Anwendungsfälle transferiert, um aktuelle Forschungsfragen zu beantworten und zu diskutieren.

Aktuelle Forschungsthemen

  • Turbulente Strömungen: Implementerierung der Lattice Boltzmann Methoden auf unstrukturierten Gittern 
  • Kompressible Strömungen: Thermische Entwicklung durch Kompressibilität

Methoden, Kompetenzen und Anwendungen

In der Arbeitsgruppe kommt seit 2013 die selbst entwickelte LBM-Software NATriuM (Numerik und Algorithmen für Tribologie unter Verwendung von Mehrkernprozessoren) zum Einsatz. Dieses Softwarepaket wurde während der Promotionsphase von Dr. rer. nat. Andreas Krämer geschrieben und die Entwicklung wird seitdem in der Arbeitsgruppe weiter fortgeführt.

Zur Anwendung der LBM auf unstrukturierten Gittern bietet NATriuM zwei Optionen des Advektionsschrittes: Die Discontinuous-Galerkin-LBM und die Semi-Lagrangian-LBM. Der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt zurzeit in der Weiterentwicklung von thermalen, kompressiblen und turbulenten Strömungen.

Labore

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.

Ausgewählte / Neue Publikationen

  • ​Wilde, D., Krämer, A., Küllmer, K., Foysi, H., & Reith, D. (2019). Multistep Lattice Boltzmann Methods: Theory and Applications. International Journal for Numerical Methods in Fluids.
  • Krämer, A., Wilde, D., Küllmer, K., Reith, D., Foysi, H., & Joppich, W. (2018). Lattice Boltzmann simulations on irregular grids: Introduction of the NATriuM library. Computers & Mathematics with Applications.
  • Küllmer, K., Krämer, A., Reith, D., Joppich, W., & Foysi, H. (2016). Numerical optimisation of the pseudopotential-based lattice Boltzmann method. Journal of Computational Science17, 384-393.