Motivation
In vielen komplexen technischen Systemen wie z.B. bei Kraftfahrzeugen, Rechnersystemen oder prozesstechnischen Anlagen spielt die passende Betriebstemperatur eine entscheidende Rolle. Diese Tatsache muss bereits während des Entwicklungsprozesses eines solchen Systems berücksichtigt werden, damit anschließend ein effizienter, sicherer Betrieb sowie eine möglichst lange Lebensdauer gewährleistet sind. Der Wärmehaushalt eines solchen Systems wird dabei in vielen Fällen nicht nur durch das unterschiedliche Temperaturverhalten der einzelnen Komponenten bestimmt, sondern in hohem Maße auch durch die zugehörigen Strömungsverhältnisse, wie z.B. im Kühlsystem eines E-Fahrzeugs. Mit Hilfe von Computersimulationen könnte das gesamte jeweilige System grundsätzlich mit allen Abhängigkeiten zwischen den Temperatur- und den Strömungsverhältnissen bereits im Entwicklungsprozess detailgenau virtuell analysiert und für den bestmöglichen Betrieb optimiert werden. Solche Simulationen sind jedoch heutzutage für einen routinemäßigen Einsatz noch zu aufwendig. Deshalb wird während der Entwicklung von technischen Systemen im Hinblick auf deren Wärmehaushalt bislang überwiegend auf Erfahrungswerte, einige wenige Versuche oder alternativ auf weniger detaillierte Simulationen ohne Berücksichtigung der Abhängigkeiten zwischen Temperatur- und Strömungsverhältnissen zurückgegriffen.
Ziele und Vorgehen
Im Vorhaben Aerotherm wird deshalb von der FluiDyna GmbH und dem Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik der Technischen Universität München ein leistungsfähiger Softwareprototyp entwickelt, der Auslegungs- und Optimierungsberechnungen sowohl der thermischen als auch der strömungsmechanisch-aerodynamischen Eigenschaften von komplexen technischen Systemen in kurzer Zeit in hoher Qualität ermöglichen wird. Als Berechnungsverfahren wird die sogenannte Lattice-Boltzmann-Methode (LBM), eine Methode zur numerischen Strömungssimulation, angewendet, die aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften für eine hochgradige Parallelisierung in Kombination mit Hochleistungs-Grafikkarten (GPUs) besonders geeignet ist.
Innovationen und Perspektiven
Das Verwertungspotenzial sowohl in wirtschaftlicher als auch in technisch-wissenschaftlicher Hinsicht ist sehr groß. Bedarf an entsprechenden aerodynamisch-thermodynamischen Simulationen während der Entwicklung eines Systems gibt es z.B. bei Automobilherstellern, in der IT-Industrie, im Bauwesen oder in der Verfahrenstechnik.