Mehrdimensionale hydrodynamisch-numerische Modelle im praxisorientierten und operationellen Einsatz

Die Dissertation zeigt die relevanten Grundlagen mehrdimensionaler HN-Modelle. Es wird eine Anleitung für das praktische Arbeiten gegeben und Besonderheiten einzelner Modelltypen werden diskutiert. Auf aktuelle Anforderungen wird eingegangen und Synergieeffekte hybrider bzw. gekoppelter Modellierung werden aufgezeigt. Abgeschlossen wird die Arbeit durch Ausführungen zum operationellen Modelleinsatz sowie die Vorstellung des für das Hochwassermanagement entwickelten Softwaresystems FlowGIS

Simulation des rheologischen Verhaltens von zementgebundenen Feinkornsystemen

Basierend auf eigenen Fließ- und Füllversuchsreihen und vergleichenden 2D- und 3D-Simulationen wurde ein Verfahren zur numerischen Simulation des Fließ- und Füllverhaltens von zementgebundenen Feinkornsystemen mit und ohne Stahlfasern entwickelt bzw. weiterentwickelt. Das stark zeit- und scherratenabhängige rheologische Verhalten dieser Feinkornsysteme wurde mit einem Rotationsrheometer anhand speziell entwickelter Messprofile untersucht und mittels eines geeigneten Modells abgebildet. Im Rahmen von Parameterstudien und Vergleichen der experimentellen Ergebnisse der durchgeführten Haegermann- und L-Box-Versuche mit denen der Simulation wurden Simulationsparameter und -modelle angepasst und validiert. Das Fließ- und Füllverhalten der untersuchten Feinkornsysteme konnte dadurch mit der verwendeten Software-Plattform „Complex Rheology Solver“ (CoRheoS) zufriedenstellend beschrieben werden. Darüber hinaus wurde die Orientierung von Stahlfasern mithilfe einer bi-direktionalen Kopplung der Gleichungen für das Fließverhalten der Feinkornsysteme mit denen für die Faserorientierung qualitativ gut wiedergegeben.A numerical simulation procedure for the flow and form filling behaviour of cement-based fine grain systems with and without steel fibres was developed based on specifically performed series of flow and filling tests and comparative 2D- and 3D-simulations. The time- and shearrate-dependant behaviour of the fine grain systems was represented by a suitable model based on investigations using a rotational rheometer and applying specifically developed measuring profiles. The numerical simulation was based on this rheological behaviour. Parameter studies and their evaluation by comparison to results of Haegermann and L-Box experiments were used to adjust and validate simulation parameters and simulation models. Thus, the flow and form filling behaviour of the investigated fine grain systems could be described sufficiently with the software platform “Complex Rheology Solver” (CoRheoS). The description of steel fibre orientation by means of a bi-directionally coupling of the equations for flow behaviour of fine grain systems and those for fibre orientation was fairly good

Cooperative optimization of compartment air flows using agent-based measuring-, operation- and control-techniques within a Computational Steering environment

Die Planung eines Bauwerks im konstruktiven Ingenieurbau erfordert zur Vermeidung von Konstruktionsfehlern eine enge Kooperation zwischen den beteiligten Fachplanern. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, durch eine kooperative und interaktive Simulation von Entwurfs- und Konstruktionsvarianten der einzelnen Fachmodelle mit gleichzeitiger Visualisierung ihrer Zielfunktionswerte über einen gemeinsamen virtuellen Entwurfsraum eine gegenseitige Verständigung zu verbessern. Durch die schrittweise Modifizierung der einzelnen Fachmodelle, welche in einem IFC Produktmodell vorgehalten werden, ist die interaktive Optimierung des Modells möglich. Der virtuelle Entwurfsraum wird als Softwarelösung realisiert und koppelt Module zur dreidimensionalen Modellierung, Simulation und Visualisierung, welche für einen interaktiven Prozessablauf über automatisierte Schnittstellen verknüpft sind. Ein CAD-System wird zur Modellierung eingesetzt, ein CFD-Kern ermöglicht die Optimierung von Raumluftströmungen unter Berücksichtigung des Klimakomforts. Eine Multi-User-Umgebung erlaubt den vernetzten Zugriff der Fachplaner. Interaktive Elemente des Entwurfsraums wurden durch die Verwendung des Computational Steering Ansatzes unter Einbezug einer Virtual Reality Umgebung sowie einer Großrechenanlage realisiert. Das als Datenbasis eingesetzte IFC Produktmodell wird über einen automatisierten Modelltransfer in ein für den Simulationskern ein interpretierbares Berechnungsmodell abgeleitet, welches auch für die Strömungssimulation notwendige Randbedingungen beinhaltet. Der Software-Prototyp ermöglicht die Konzeption von HVAC-Systemen. Hierbei werden mess-, steuer- und regeltechnische Prozesse einer Klimaanlageninstallation emuliert und mit dem Entwurfsraum gekoppelt. Durch sensorisch erfasste Größen wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit wird die einströmende Luft aus den Klimamodulen dynamisch angepasst. Dies erfolgt durch den Einsatz von Software-Agenten.Functional Design of complex CAE objects in civil engineering requires a close co-operation of specialists in various disciplines. An automated computer-assisted system serving as a framework for this process would presuppose a consistent theoretical description of all partial models as part of an object and process oriented generalized theory about the interactions of all building components and processes. This thesis describes a heuristic strategy: A group of engineers from different disciplines come together in an interactive and virtual design space and evaluate in close cooperation the mutual implications of their specific design variants. In the course of a step-by-step modification of the partial models which are condensed into a single IFC product model, the interactive optimization of this model is potential. The virtual design space is developed as a software-prototype and is based on several linked modules for three-dimensional modeling, simulation and visualization with automated interfaces to allow an interactive process flow. The basis for the modeler is a CAD-system. A CFD-kernel allows the optimization of the airflow within a room with respect to the human wellness index. The virtual design space may externally be modified by additional engineers by utilizing a multi-user-environment. Interactive elements of the design space are introduced by utilizing a computational steering system, a virtual reality environment and a pc-cluster as compute server. The IFC product model as a data basis is transformed into an interpretable calculation model for the CFD simulation within an automated model transfer. The dynamical behavior of HVAC installations depending on the climatic conditions inside a room which is controlled by measuring-, operation- and control- techniques can be emulated by interactive software-agents, which are bidirectionally coupled with the simulation kernel and wrap the HVAC objects of the modeler