Transportvorgänge

Fraunhofer ITWM

Kernkompetenz der Abteilung Transportvorgänge ist die mathematische Modellierung komplexer industrieller Problemstellungen und die Entwicklung effizienter Algorithmen zu ihrer numerischen Lösung (Simulation).

Die Problemstellungen der Schwerpunkte sind im technisch-naturwissenschaftlichen Kontext (Strömungsdynamik, Strahlungstransport, Akustik, Strukturmechanik etc.) angesiedelt und führen aus mathematischer Sicht auf partielle (Integro-) Differentialgleichungen, die meist als Transportgleichungen zu charakterisieren sind. Aus Sicht der industriellen Kunden geht es typischerweise um die Optimierung von Produkten, die technische Auslegung von Produktionsprozessen oder um simulationsbasierte Messmethoden. Das Angebotsspektrum der Abteilung umfasst hierbei u.a. Kooperationsprojekte mit den stärker ingenieurwissenschaftlich ausgerichteten FuE-Abteilungen der Partnerfirmen, Studien mit Auslegungs- und Optimierungs-vorschlägen, Konzeptentwicklungen sowie Softwarelösungen. 

Schwerpunkte

  • Flexible Strukturen

    Der Schwerpunkt 'Flexible Strukturen' beschäftigt sich mit der Modellierung und numerischen Simulation beweglicher (elastischer, viskoser oder viskoelastischer) Objekte. Insbesondere bildet die Simulation von Fluid-Struktur-Interaktionen ein zentrales Thema dieses Schwerpunkts.

  • Strömung

    Unsere Kompetenz überdeckt die verschiedenartigsten Bereiche der Strömungsdynamik, wie sie durch die allgemeinen Navier-Stokes-Gleichungen beschrieben werden und durch die ganze Bandbreite der Kennzahlen wie z.B. Reynolds- oder Machzahl, oder durch verschiedene Materialmodelle (Newtonsch oder Nicht-Newtonsch) charakterisiert sind.

  • Gitterfreie Methoden

    Mit der Finite Pointset Method (FPM) entwickelt die Abteilung eine eigene, selbstständige Softwarebasis für Simulationsaufgaben in einem weiten Bereich strömungs- und kontinuumsmechanischer Problemstellungen. FPM ist eine Partikelmethode, also eine gitterfreie Methode, die im Gegensatz zu klassischen numerischen Verfahren wie Finite Elemente oder Finite Volumen kein Gitter und damit keine Vernetzung benötigt.

  • Optik, Strahlung, Wärme

    Strahlungstransport im sichtbaren oder infraroten Wellenlängenbereich muss in vielen industriellen Anwendungen berücksichtigt werden. Unsere speziellen Kompetenzen sind

    - das Design optischer Freiformelemente (Beam Shaping)

    - die Simulation von Wärmestrahlung, z.B. beim Abkühlen heißer Gläser oder Laserstrahlung in der Hyperthermie, um Tumore gezielt zu zerstören

    - die Simulation von Wärmeleitungs-/ Diffusionsprozessen, z.B. bei der Pharmakokinetik im Innerohr nach lokaler Medikamentenapplikation

  • Modellreduktion

    Dank hochentwickelter Software und starker Rechnerleistung lassen sich heute technische Produkte und Prozesse sehr detailliert simulieren. In der Regel genügt dies dem Entwickler jedoch nicht: er möchte Varianten erproben, schnell bewerten und schließlich optimieren oder das Wechselspiel zwischen Struktur, Strömung und Elektronik verstehen.

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