Numerische Strömungssimulation mit und ohne chemische Reaktion

  • Arbeitsgruppe:Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme
  • Typ:BA/MA
  • Datum:ab sofort
  • Betreuung:

    M.Sc. Julia Roeb

  • Hintergrundwissen:

    Studierende des Bio- und Chemieingenieurwesens/Verfahrenstechnik (o.ä.) mit Freude an numerischer Arbeit. Kenntnisse in numerischer Strömungssimulation/Strömungsmechanik, sowie Programmierkenntnisse (z.B. C/C++, Python, Matlab o.ä.) können den Einstieg erleichtern, sind aber nicht zwingend erforderlich.

  • Motivation:

    Computational Fluid Dynamics (CFD) ist ein zentrales Werkzeug zur Analyse reaktiver Strömungen, bei denen Strömung, Wärme- und Stofftransport sowie chemische Reaktionen stark miteinander gekoppelt sind. Solche Strömungen treten in vielfältigen Anwendungen auf – von Verbrennung und Vergasung über elektrochemische Reaktoren bis hin zur Energiespeicherung mittels Metallzyklen, bei denen erneuerbare Energie in Form von Metallpulver eingespeichert und ohne CO2-Ausstoß wieder freigesetzt werden kann. Darüber hinaus liefern numerische Simulationen nicht-reaktiver Systeme wertvolle Informationen zum Verständnis von Teilprozessen wie Strömung, Turbulenz, Phasenwechsel, etc. Die komplexen physikalischen Vorgänge erfordern – abhängig vom System – die gekoppelte Lösung der Impuls-, Energie- und Stofftransportgleichungen, gegebenenfalls unter Einbeziehung chemischer Reaktionen. CFD ermöglicht dabei eine räumlich und zeitlich hochaufgelöste Analyse und leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Grundlagenforschung und zur Entwicklung nachhaltiger Technologien.

     

    Projektbeschreibung:

    Unsere Forschungsgebiete, in denen Abschlussarbeiten angeboten werden, decken ein breites Spektrum reaktiver und nicht-reaktiver Strömungssimulationen im Kontext der chemischen Energieumwandlung ab. Dabei untersuchen wir Prozesse auf unterschiedlichen Skalen – von nanoskaligen Phänomenen in Partikelsystemen mittels direkt numerischer Simulationen (DNS) bis hin zu großskaligen Strukturen, die mit Large-Eddy-Simulationen (LES) oder Volumen-/Zeitgemittelten Ansätzen abgebildet werden, um industrielle Anwendungen recheneffizient und realitätsnah zu simulieren.

    Forschungsbeispiele: (a) Voll-aufgelöste Simulation reaktiver Partikel, (b) Simulation von reaktiven
    Punktpartikelsystemen, (c) Simulation vs. Experiment einer turbulenten Laborflamme, (d) Simulation vs. Experiment
    der nicht-reaktiven Zerstäubung einer Flüssigkeit

     

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