Beschreibung

Das Forschungsthema „Modellierung und Simulation von Strömungen in verdünnten Gasen“ konzentriert sich auf die Entwicklung und Anwendung fortschrittlicher Simulationsmethoden für Mehrkomponenten-Gasströmungen über den gesamten Bereich der Gaskollisionalität hinweg sowie auf die Modellierung von Prozessen und Gasströmungen im Fusionsbrennstoffkreislauf. Die Dynamik dünner Gase ist ein multidisziplinäres Fachgebiet, das zu verschiedenen Bereichen der Ingenieurwissenschaften und der Technik beiträgt, wobei die Vakuumtechnik und die Fusionstechnik wichtige Beispiele dafür sind, in denen eine genaue Modellierung dünner Gasströmungen unerlässlich ist.

Im Bereich der Strömungen in dünnen Gasen tragen wir zur Entwicklung von Spitzentechnologien und fortschrittlichen Komponenten bei, indem wir grundlegendes Wissen erarbeiten und dieses an Wissenschaft und Industrie weitergeben. Für zukünftige Fusionsreaktoren entwickeln wir Lösungen für effiziente Fusionsbrennstoffkreisläufe mit geringen Tritiumbeständen und reduziertem Energieverbrauch. Durch unsere Forschung leisten wir einen Beitrag sowohl zur Grundlagenforschung als auch zu anwendungsorientierten Entwicklungen und unterstützen nationale und internationale Projekte sowie Fusionsunternehmen bei der Entwicklung und Realisierung zukünftiger Fusionskraftwerke.

Unser Team bietet wissenschaftlichen und industriellen Partnern Fachwissen und Unterstützung auf dem Gebiet der Dynamik verdünnter Gase (Rarefied Gas Dynamics, RGD). Mit unserer umfassenden Erfahrung in den Bereichen Modellierung, Simulation und Softwareentwicklung entwickeln und wenden wir validierte Simulationswerkzeuge an, um ein breites Spektrum an Forschungs- und ingenieurtechnischen Herausforderungen zu bewältigen. Dies ermöglicht es uns, zuverlässige Lösungen für komplexe Gasströmungsprobleme in verschiedenen technologischen Anwendungen bereitzustellen.

Referenzen

• Modellierung der Dynamik neutraler Gase in Partikelabsaugsystemen von Fusionsreaktoren, vom Divertorbereich bis hin zu den Pumpsystemen, zur Unterstützung der Entwicklung und Optimierung fortschrittlicher Partikelabsaugkonzepte für Stellaratoren und Tokamaks. Unsere Arbeit trägt zu Konstruktionsaktivitäten und Leistungsstudien für bedeutende Fusionsanlagen bei, darunter W7-X, DTT, VNS und DEMO.
• Entwicklung vereinfachter Simulationswerkzeuge, die eine schnelle Vorhersage der Dynamik neutraler Gase in komplexen Geometrien und Gasverteilungssystemen ermöglichen und damit die Auslegung, Optimierung und Leistungsbewertung von Fusions- und Vakuumtechnologien unterstützen.
• Modellierung und Simulation von Strömungen in dünnen Gasen zur Unterstützung der Auslegung und Optimierung von Vakuumkomponenten, darunter Pumpen, Ventile und Sensoren, sowie von MEMS-Anwendungen.
• Entwicklung von Berechnungsmodellen und Simulationssoftware für die Analyse, Auslegung und Optimierung von Fusionsbrennstoffkreisläufen, einschließlich der Modellierung von Brennstoffströmen, Tritiumbeständen und Materialbilanzen.

Forschungsinfrastruktur

• Rechencluster CALIPSO und CALIPSO-II (im Aufbau) zur Simulation von verdünnten Gasströmungen
• Zugang zu nationaler und internationaler Recheninfrastruktur bzw. Rechenzentren
• Entwicklungsplattform DIPAK zur Validierung von Auslegungscodes und Regelkonzepten im Fusionsbrennstoffkreislauf