Luftströmungen in der Stadt

Allgemeines zum Projekt

Projekttitel: Luftströmungen in der Stadt

Betreuer: Prof. Dirk Reith / M.Eng. Philipp Spelten

E-Mail: philipp.spelten@phd.h-brs.de         

Anzahl Plätze:   1

Start: Sommersemester 2024

Studiengänge:

• Maschinenbau  Schwerpunkt Mechatronik
• Maschinenbau  Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung
• Nachhaltige Ingenieurwissenschaft

Kurzbeschreibung

Um die Städteplanung mit Simulationen zu unterstützen, ist es notwendig, Strömungen möglichst schnell und gleichzeitig genau zu berechnen. Dafür sind Methoden wie die Lattice Boltzmann Methode (LBM) geeignet. Die LBM kann das Verhalten von Fluiden numerisch, auch parallelisiert auf GPUs, gut abbilden. Dabei ist viel Weiterentwicklung der Methode und Untersuchung anhand von Anwendungsbeispielen notwendig.

In Ihrem Projekt werden Sie Luftströmung um Gebäude in der Simulation untersuchen um abzuschätzen, wie die LBM auf Fragen der Städteplanung angewandt werden kann. Sie lernen die Grundlagen der Strömungsmechanik, schnelles und effizientes Programmieren in Python, und was aktuell in der Region für die Stadtbebauung hinsichtlich Luftströmungen wichtig ist.

Link für Zusatzinfos:

https://www.h-brs.de/de/tree/ag-lattice-boltzmann-methoden

Projektphasen

Masterprojekt 1:

Sie simulieren einen einfachen Vergleichsfall in 2D. Dazu

1. finden Sie passende Referenzwerte in der Literatur,
2. setzen die Simulation auf und
3. lassen sich wichtige Observablen zum Vergleich mit der Referenz ausgeben.

Die Benchmarks können a) lid-driven cavity oder b) Umströmung eines Rechtecks oder Dreiecks sein (s. Bilder unten).

Masterprojekt 2:

Sie übertragen die Simulation von 2D auf 3D. Sie steigern Sie die Effizienz indem Sie berechnen, welche Auflösung überhaupt benötigt wird und wählen die Randbedingungen geschickter.

Masterthesis:

Sie ermöglichen hochaufgelöste Strömungen an der Tragflügeloberfläche, indem Sie das Gitter in der Nähe der Oberfläche verfeinern („grid-refinement“). Die hochaufgelöste Simulation vergleichen Sie wieder mit der Referenz hinsichtlich Performanz und Genauigkeit.