Modellkopplung und komplexe Strukturen

Forschungsschwerpunkt am LH2

Ein neuer Schwerpunkt der Arbeiten am LH2 ist die Kopplung von unterschiedlichen Modellkonzepten. Der Bedarf zur Kopplung von Modellen ist vielfältig, wobei zwischen zeitlichen und räumlichen Kopplungskonzepten unterschieden werden kann. Eine zeitliche Kopplung von Modellen ergibt sich z.B. bei sequentieller Kopplung von Modellen unterschiedlicher Komplexität (wenn sich dabei auch die Komplexität der zu Grunde liegenden Prozesse ändert) oder bei einer (teilweisen) Entkopplung von Gleichungen bei schwach gekoppelten Prozessen. Eine räumliche Kopplung von Modellen kann z.B. unterschiedliche Kompartimente im gleichen Modellgebiet umfassen.

Die Anwendungsgebiete sind sehr vielfältig. Ein Beispiel hierfür sind Brennstoffzellen. Die Leistung einer Brennstoffzelle hängt wesentlich von der Sauerstoffversorgung an der Reaktionsschicht ab. In einer PEM-Zelle wird der Sauerstoff durch eine freie Strömung entlang von Gaskanälen zugeführt und muss eine poröse Diffusionsschicht überwinden, um zur Reaktionsschicht zu gelangen. Es ist dahe erforderlich, die Strömung in den verschiedenen Kompartimenten adäquat zu beschreiben, in diesem Fall also im porösen Medium (z.B. als Darcy-Strömung) und im Gasverteiler (freie Strömung, z.B. angenähert als 1D Rohrströmung).
Ähnliche Interaktionen zwischen verschiedenartigen Strömungsfeldern, deren Beschreibung jeweils spezifisch angepasste mathematische Gleichungen erfordert, gibt es z.B. in biologischem Gewebe, wo die Strömung durch Blutgefäße anderen Strömungsgesetzen folgt als die Strömung im Interstitium bzw. Bindegewebe. Die Anwendung gekoppelter Modelle in menschlichem Gewebe ist von großem Interesse, z.B. zur Entwicklung von neuen verbesserten Methoden der Krebstherapie.

Am Forschungsschwerpunkt beteiligte Wissenschaftler:

 

  • Sina Ackermann
  • Katherina Baber
  • Holger Class
  • Mehmet Onur Dogan
  • Karin Erbertseder
  • Thomas Fetzer
  • Bernd Flemisch
  • Christoph Grüninger
  • Rainer Helmig
  • Vishal Arun Jambhekar
  • Timo Koch
  • Tobias Köppl
  • Andreas Lauser
  • Emna Mejri
  • Klaus Mosthaf
  • Insa Neuweiler
  • Steffen Oliver Ochs
  • Iuliu Sorin Pop
  • Maurizio Santini
  • Karen Sophie Schmid
  • Nima Shokri

 

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