Das Projekt "Inverse Modellierung von Stroemungs- und Transportvorgaengen im heterogenen Untergrund auf der Basis von Mehrgitterverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Abteilung Technische Simulation durchgeführt. Auf dem Weg von Feldmessungen zu realistischen Modellen heterogener Boeden, mit deren Hilfe letztlich Sanierungstechniken entwickelt und optimiert werden sollen, ist die Inverse Modellierung ein wichtiger Schritt. Die dabei auftretenden Fragestellungen erfordern Methoden der hydromechanischen Modellierung und der numerischen Mathematik und sind daher ihrer Natur nach interdisziplinaer. Die Modellierung von Stroemungs- und Transportvorgaengen im heterogenen Untergrund fuehrt auf partielle Differentialgleichungen, die sich nach der Diskretisierung sehr effizient mit Mehrgitterverfahren loesen lassen. Bei der Inversen Modellierung sind raeumlich verteilte Parameter (z.B. Permeabilitaet, Porositaet oder Diffusion) aus Messungen zu bestimmen. Die Datenlage laesst typischerweise keine eindeutige stabile Loesung eines deterministischen Inversen Problems zu. Daher wurde in der ersten Phase des Projekts (01.01.1997 - 31.12.1998) ein neuer geostatistischer Konditionierungsansatz entworfen, dessen wiederholt zu loesende regularisierte Inverse Probleme wohlgestellt sind. Zur Behandlung der Konditionierungsprobleme wurden effiziente Mehrgittermethoden entwickelt, die eine schnelle Loesung der wiederholt auftretenden Least-squares-Probleme erlauben. In der zweiten Antragsphase (01.01.1999-31.12.2000) wird diese Methodik erweitert auf 3D. Ausserdem sollen auch Konditionierungsprobleme bei Mehrphasenproblemen angegangen werden. Zur Steigerung der Akzeptanz beim Einsatz in der Ingenieurspraxis sollen darueberhinaus die entwickelten Algorithmen an verfuegbare Datenbanken angekoppelt und im praktischen Einsatz getestet werden.
Das Projekt "Entwicklung eines Programms zur dreidimensionalen Modellierung des Schadstofftransports" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen, Abteilung Technische Simulation durchgeführt. Fuer die numerische Loesung bei der Simulation von gekoppelten Transportvorgaengen in komplexen realistischen Gebieten muss ein Mehrgitterverfahren fuer gekoppelte Systeme von Konvektions-Diffusions-Reaktionsgleichungen entwickelt werden. Zur Durchfuehrung detaillierter Simulationen ist die Verwendung massiver paralleler Rechner notwendig. Die Verbesserung der numerischen Effizienz paralleler Algorithmen wird durch die Beruecksichtigung spezieller Zusatzkorrekturen fuer die Kopplungsterme, die abgeleitet werden, erreicht. Auf Grund der starken, wechselseitigen Abhaengigkeiten von Gitteradaption, Loesungsverfahren und Lastverteilung ist eine komplexe Steuerungslogik fuer die beteiligten Komponenten erforderlich. Hier ist ein Expertensystem und eine Benutzerfuehrung zu entwickeln, die die Anwendung des Programms wesentlich vereinfachen.
Das Projekt "Mehrphasenprozesse in stark heterogenen poroesen Medien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Zur Erarbeitung von Sanierungsmassnahmen bei stark kontaminierten Grundwasserleitern sind vertiefte Kenntnisse ueber die Stroemungs- und Transportprozesse von fundamentaler Bedeutung. Aus physikalischer Sicht handelt es sich of um Fluide, die mit Wasser nicht mischbar oder nur gering loeslich sind. Sie liegen somit als getrennte Phasen vor, so dass deren Bewegung in poroesen Medien durch Mehrphasenprozesse beschrieben werden muss. Ziel des Vorhabens ist es, die Komplexitaet der zu untersuchenden Mehrphasenprozesse fuer poroese und stark heterogene Medien physikalisch und mathematisch zu beschreiben, geeignete mathematisch-numerische Methoden zu entwickeln und die Zuverlaessigkeit der Modellansaetze sowie den Einfluss der Rechenmodellparameter zu ueberpruefen.
Das Projekt "Unstrukturierte, adaptive Stroemungsloeser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus, Institut für Mathematik durchgeführt. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Entwicklung, Parallelisierung und Implementierung eines adaptiven, impliziten Stroemungsloesers fuer chemisch reagierende Stroemungen. Dieser soll insbesondere Brennkammern moderner Turbomaschinen realistisch simulieren. Die numerische Simulation chemisch reagierender Stroemungen in Brennkammern erfordert die Loesung von Erhaltungsgleichungen fuer Mehrkomponentengemische. Einerseits impliziert die Beruecksichtigung mehrerer Komponenten im Reaktionssystem in hohem Masse ein Anwachsen der Komplexitaet im Vergleich zur Einkomponentenstroemung. Andererseits fuehrt die nichtlineare Kopplung der Komponenten durch die chemische Kinetik zu einem deutlichen Anwachsen der Dynamik. Damit werden durch die enge Kopplung der Spezies mittels chemischer Quellterme und Transportphaenomene eine Aufloesung der entstehenden, extrem duennen Rand- und Grenzschichten notwendig. Es sollen hierfuer implizite Verfahren entwickelt werden, die groessere Zeitschrittweiten fuer diese Probleme zulassen. Im Hinblick auf die 3-D-Simulation des Modells sollen Mehrgitterverfahren eingesetzt werden. Die effiziente numerische Simulation 3-dimensionaler reaktiver Stroemungen erfordert wegen ihrer Rechenintensitaet den Einsatz moderner Hochleistungsrechner. Sequentielle wie parallele Verfahren fuer diese Klasse von Anwendungen werden weiterentwickelt, implementiert und validiert. Dabei werden einerseits neuartige objektorientierte Methoden in der Programmentwicklung angewandt. Andererseits wird die Modularitaet und Weiterverwendbarkeit der entwickelten Software im Hinblick auf das Gesamtvorhaben einen besonderen Stellenwert einnehmen.