SIMULATION - GRUNDLAGEN & CFD

08. März - 26. April 2021

Im Post-Processing von Simulationsergebnissen geschieht die Nachbearbeitung und Aufbereitung der Ergebnisse einer Computersimulation. Das Ziel dabei ist, ein umfassendes Verständnis aus den Daten zu schöpfen, um verschiedene Konstruktionsalternativen vergleichen und die beste Lösung auswählen zu können.

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MODULINFORMATIONEN

  • Entwicklungsingenieure
  • CAE-, Berechnungs- und Simulationsingenieure
  • System-Designer
  • Simulationsinteressierte

 

 

Inhaltliche Themenbereiche

 

  • Einführung in die Simulation – Chancen und Grenzen
  • Das Simulationskonzept
  • Computational Fluid Dynamics (CFD) I
  • Computational Fluid Dynamics (CFD) II & Partikelbasierte CFD
  • Numerische Methoden
  • Gesellschaftliche Auswirkungen von Simulation

Keywords

Physikalisch-mathematische Modellierung – Wärmeleitungsgleichung – Diskretisierungsschemata – Finite Differenzen-Methode - Zeitintegration – Reynoldsches Transport-Theorem – Navier-Stokes-Gleichungen - Finite Elemente Methode – Finite Volumen Methode – Partikelbasierte Methoden - Gittergenerierung – OpenFOAM® – k-ε-Turbulenzmodell – Domain Decomposition – Schwachbesetzte Matrizen - PETSc – Konjugierte Gradienten-Verfahren – Matrix-Formate

 

Zu erlangende Kompetenzen

 

  • Verständnis eines allgemeinen Begriffs von Simulation
  • Verständnis eines technisch-wissenschaftlichen Begriffs von Computersimulation
  • Verständnis für den Prozess der Simulation
  • Sie lernen die einzelnen Schritte und Glieder der Modellkette hin zum numerischen Simulationsmodell kennen.
  • Sie verstehen wie die einzelnen Schritte und Glieder der Modellkette aufeinander aufbauen.
  • Sie üben anhand eines Wärmeübertragungsproblems die Modellbildung.
  • Sie lernen die Grenzen eines Simulationsmodells zu beurteilen.
  • Sie lernen die schrittweise Erweiterung eines Simulationsmodells kennen.
  • Sie verstehen die mathematische Herleitung der Erhaltungsgleichungen.
  • Sie verstehen die Methode der FDM, der FEM und FVM.
  • Sie verstehen, wie unterschiedlich die Matrizen aufgebaut sind.
  • Sie verstehen, wie Randbedingungen im Prinzip behandelt werden.
  • Sie verstehen, wie die Druck-Geschwindigkeitskopplung funktioniert.
  • Sie verstehen den Ansatz zur Modellierung von Turbulenzen.
  • Sie verstehen, wie das k-ε-Modell funktioniert.
  • Sie verstehen, wie man eine Kavität in OpenFOAM® vernetzt, simuliert und auswertet.

 

 

Ihre Referenten

 

 
Dr.-Ing. Ralf Schneider
High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
Head of Numerical Methods & Librariers
Universität Stuttgart
Nobelstraße 19, 70569 Stuttgart
 

 
Dr.-Ing. Andreas Ruopp
High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS)
Numerical Methods & Librariers
Universität Stuttgart
Nobelstraße 19, 70569 Stuttgart
 

 

Empfohlenes Vorwissen

 

Linux

Die Kursteilnehmer besitzen erweiterte Grundkenntnisse des freien Betriebssystems Linux und Kenntnisse in Linux-Anwendung. Der Hintergrund von Linux sowie die wichtigsten Konzepte und Werkzeuge von Linux wie die

  • Shell und Shell-Befehle (→sicherer Umgang mit der Kommandozeile),

  • Secure Shell,

  • den Umgang mit Dateien und Skripten,

  • die Struktur des Systems,

  • die Benutzer- und Rechteverwaltung und

  • das Erstellen von einfache Batch-Skripten mit einem Editor wie nano, vi oder emacs.

sollten bekannt sein. Eine Anleitung zur Arbeit auf dem Trainingscluster wird zur Verfügung gestellt.

Falls Sie bei sich in dieser Hinsicht noch Defizite feststellen, verweisen wir an dieser Stelle auf https://www.tuxcademy.org/product/lxes/

Programmierkenntnisse

  • Sie verfügen über solide Programmierkenntnisse in einer Programmiersprache (z.B. C, Fortran oder Python).

  • Sie können weitere Programmiersprachen und deren Konstrukte verstehen.

  • Sie sind in der Lage mit Compilern und Linker umzugehen.

  • Sie besitzen Kenntnisse über make-Files und können diese erstellen.

Umgang mit Plot-Tools

Ein sicherer Umgang mit einem Programm zur grafischen Darstellung von Messdaten und mathematischen Funktionen sowie der Umgang mit CSV-Dateien wird benötigt.

Mathematische Grundkenntnisse

Um an dem Simulations-Modulen der SCA erfolgreich teilzunehmen und diese zu bestehen, bedarf es mathematischer Vorkenntnisse.

  • Sie verfügen über grundlegende Kenntnisse der Linearen Algebra (z.B. Skalarprodukt, Matrix-Vektor-Multiplikation, lineare Gleichungssysteme) und

  • Sie verfügen über grundlegende Kenntnisse der Vektoranalysis (z.B. Integralsätze von Green , Gauß, Stokes).

Zur Auffrischung empfehlen wir Mathematik Online: www.mathematik-online.org.

 

Es werden keine Kenntnisse in CFD vorausgesetzt.

 

 

Technisches Equipment und Einstellungen

 

  • Rechner mit ssh-Zugang zum Trainingscluster (mit ssh-Key).

    • Ggf. muss Software installiert werden. Dafür notwendige Rechte müssen vorhanden sein.

    • Netzverbindungen nach außen zu fremden Clustern müssen aufgebaut werden können.

  • Eine stabile Internetverbindung für das Bearbeiten der Lerninhalte und Übungen wird empfohlen.

  • Zugang zu Videokonferenz-Tool mit Kamera und Mikrofon (ein Headset wird aus Qualitätsgründen empfohlen).

 

Moduldauer und Lernaufwand

 

Der Zeitaufwand pro Modul beträgt insgesamt 60 Stunden bei wochenweise freier Zeiteinteilung sowie feste Termine für virtuelle Seminare (abends) und Prüfung (tagsüber). Die Dauer erstreckt sich über 6 Wochen mit einem ungefähren wöchentlichen Aufwand von 10 Stunden.

 

Blended Learning

 

Sie lernen in einem komfortablen und effektiven Mix aus Präsenz- und Onlinelehre und erwerben so HPC-Fähigkeiten auf höchstem Niveau. Ergänzt werden die Online-Phasen durch regelmäßige Online-Meetings im virtuellen Klassenraum. Bei freier Zeiteinteilung wenden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer das Gelernte in Übungen auf dem Trainingscluster an. Die Fachexperten des HLRS, welche die Lerneinheiten entwickelt haben, stehen in wöchentlichen virtuellen Seminaren für Fragen zur Verfügung. Ein Forum ermöglicht den fachlichen Austausch der Teilnehmerinnen und Teilnehmer untereinander.

 

Qualifizierte Teilnahmebestätigung

 

Für die Teilnahme an dem Modul erhalten Sie vom Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart eine Teilnahmebestätigung. Wenn Sie zudem sämtlich Lerninhalte des Moduls bearbeitet, regelmäßig an den virtuellen Seminaren teilgenommen und die Lernaufgaben fachgerecht beantwortet haben, erhalten Sie eine qualifizierte Teilnahmebestätigung.

 

Abschluss mit Zertifikat

 

Sie erhalten ein Zertifikat, wenn Sie die Voraussetzungen für die qualifizierte Teilnahmebestätigung erfüllen und die Abschlussprüfung des Moduls bestehen. Mit der erfolgreichen Prüfung weisen Sie nach, dass Sie Kompetenzen erworben haben, das erlernte Wissen selbständig anzuwenden.

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Darko Milakovic

Modulleitung

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