Molekül–Modeling und Prozess–Simulation: Ersetzt der PC den Prüfstand?

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Doch auch wenn die Modellierung auf Quanten- oder Atomniveau für sich genommen wichtig ist, geht es besonders in der Materialforschung eher um die Bulk-Eigenschaften oder die Herausforderung, neue Materialien herzustellen. Daraus resultiert ein wachsendes Interesse an Multiskalen-Modellierung, bei der das Wissen auf allen Ebenen – Quanten, Atome, Cluster sowie große Mengen oder Kontinuum – verknüpft wird.

Wenn das Molecular Modelling am einen Ende der Größenskala angesiedelt ist, so finden sich am anderen Ende die Computational Fluid Dynamics (CFD). Sie nutzen Gleichungen, um Verwirbelungen und Wärmetransfer in Flüssigkeiten im größeren Volumen zu beschreiben und so verfahrenstechnische Aufgabenstellung einschließlich Fließverhalten zu modellieren. Die Anwendungen reichen von Aerodynamik und komplexen Stoffströmen in Reaktoren einschließlich Festbettreaktoren über Trockner und Wärmetauscher bis hin zu Verbrennungsprozessen und Explosionen.

Open-Source-Lösungen vs. Kommerzielle Produkte

Vor 20 Jahren erforderten die ersten kommerziellen CFD-Programme viel Zeit beim Aufsetzen, und man brauchte Tage oder Wochen, um Probleme aus der Praxis rechnerisch zu lösen. Dementsprechend wurde CFD nur eingesetzt, um fertige Entwicklungen zu bestätigen oder um Fehler zu beheben. Dank Fortschritten bei der Software und kostengünstigen Hochleistungsrechnern können CFD-Methoden heute viel früher wertvolle Beiträge zur Prozessentwicklung liefern und Verfahren mit minimalem Aufwand für die Ingenieure über wiederholte Simulationen optimieren.

Im gleichen Zug, wie die Simulation immer mehr physikalische Versuche ablöst, müssen die Simulationsexperten mehr Verantwortung für die Korrektheit ihrer Ergebnisse übernehmen. Gleichzeitig werden ihre Aufgaben immer anspruchsvoller, weil die Fragestellungen immer komplexer werden.

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