Strömungssimulation für Fussgänger und Vielflieger

Strömungen von Gasen und Flüssigkeiten sind allgegenwärtig. Wir befinden uns am Grunde des riesigen Luftmeeres unserer Atmosphäre, ärgern uns über zu viel oder zu wenig Regen und wissen nicht erst seit der Covid-Pandemie, wie unser Atem unsere Umwelt beeinflussen kann. Wir lassen uns von Flugzeugen in den Urlaub tragen, vom Ventilator an heißen Tagen kühlen und erzeugen Strom aus Windkraft. Dies sind nur einige wenige Beispiele, wie Strömungen uns in unseren Alltag begegnen und wie wir sie uns manchmal zu Nutze machen können. Wir bedienen uns heute unterschiedlicher Methoden, um Strömungen verstehen, analysieren und beeinflußen zu können.

Neben den theoretischen und experimentellen Ansätzen hat die numerische Simulation von Strömungen am Computer in den letzten Dekaden einen immer größer werdenden Stellenwert eingenommen. Der „echte“ Windkanal, in dem Modelle von Windenergieanlagen, Flugzeugen aber auch Föns und Ventilatoren untersucht und vermessen werden, wird mittlerweile vom „numerischen“ Windkanal ergänzt. Dabei stellt sich die Grundfrage: Wie lassen sich komplexe Strömungen am Computer simulieren? Wie können wir physikalische Vorgänge in Bits und Bytes ausdrücken, und wie stellen wir sicher, dass die Ergebnisse auch der Wirklichkeit entsprechen? Wie entwickelt man schnelle, genaue aber auch energieeffiziente Algorithmen, und wo sind die aktuellen Grenzen? Welche Antworten können uns Simulationen geben?

In diesem Vortrag widmen wir uns der Frage, wie die Strömung in den Computer kommt, welche Modellierungsideen zugrunde liegen und wie sich komplexe physikalische Gesetze in Algorithmen fassen lassen. Wir geben einen kleinen Einblick in die Entwicklung neuartiger Methoden, der Einsatz auf Höchstleistungsrechnern und diskutieren interessante Beispiele aus der aktuellen Forschung an der Uni Stuttgart.