Prof. Dr.-Ing. Christian Hasse,
Fachgebietsleiter
Die Simulation ist neben der Theorie und dem Experiment zur dritten Säule der Wissenschaft geworden.

Unsere Forschung an der STFS lässt sich in vier Dimensionen aufspannen:
- Konfigurationen
- Energieträger
- Theorie und physikalische Modellbildung
- Computerbasierte Methoden
Diese werden im Folgenden detaillierter vorgestellt.
Wir betrachten Konfigurationen von simplen laminaren frei propagierenden Flammen bis hin zu komplexen technischen Brennkammern. Dabei untersuchen wir insbesondere auch Laborflammen, die für die gezielte Analyse physikalischer Effekte bei der Verbrennung ausgelegt sind. Somit schlagen wir die Brücke zwischen Grundlagenforschung und Anwendung.
Die von uns untersuchten Energieträger reichen von gasförmigem Wasserstoff bis zu Eisen- und Aluminiumpulver, die alle eigene Herausforderungen mit sich bringen.
Am STFS forschen wir an der Flamelet-Theorie, wenden Grobstruktursimulationen (Large-Eddy Simulations – LES) an und entwickeln entsprechende Modelle, beispielsweise Modelle für die künstliche Flammenverdickung für die Turbulenz-Chemie Interaktion.
Um unsere Modelle, in entsprechenden Konfigurationen unter Betrachtung der verschiedenen Brennstoffe untersuchen zu können sind computerbasierte Methoden für unsere Forschung essentiell. Im Fokus steht dabei das Hochleistungsrechnen auf modernsten Supercomputern und die anschließende Auswertung und Darstellung der Simulationsergebnisse.
Unsere Forschungsdimensionen werden in verschiedenen Forschungsbereichen – an denen auch unsere interne Fachgebietsstruktur orientiert ist – gebündelt. Die Bereiche weisen dabei aber keine klaren Grenzen auf, sondern überschneiden sich in vielen Aspekten und gehenineinander über. So kommen die Modelle, die in der Grundlagenforschung an laminaren und turbulenten Flammen entwickelt werden auch in Simulationen von Flugzeugtriebwerken zum Einsatz und die Software, die wir für die Simulation von Mehrphasenströmungen und Mehrkomponentenströmungen verwenden ist identisch.
Software
Am STFS setzen wir diverse Softwaretools ein, um Modelle zu entwickeln, zu validieren und anzuwenden. Primär handelt es sich dabei um Simulationssoftwarepakete für numerische Strömungssimulationen, die Möglichkeiten zur Simulation von reaktiven Mehrphasen- und Mehrkomponentenströmungen bieten. Unsere selbstentwickelte Software ULF (Universal Laminar Flame Solver) kommt dabei hauptsächlich in der Modellentwicklung und Modellvalidierung zum numerischen Lösen von 0D, 1D und 2D Problemen (beispielsweise zur Lösung von Flamelet-Gleichungen und Bilanzgleichungen generischer Flammenkonfigurationen) zum Einsatz. Als Basis für die Modellentwicklung mittels direkten numerische Simulationen (DNS) von turbulenten reaktiven Strömungen setzen wir den neuentwickelten GPU-beschleunigten Spektralelement Navier-Stokes-Löser nekRS ein.
Die am STFS meistgenutzte Software ist das Open Source Programm OpenFOAM®. Dieses wird sowohl für laminare direkte numerische Simulationen in der Modellentwicklung und Modellvaldierung, als auch für die Kopplung unsere Modelle mit skalenauflösenden Grobstruktursimulationen verwendet.
Wir benutzen außerdem kommerzielle CFD Software bei der Zusammenarbeit mit Industriepartnern und für bestimmte technische Anwendungen.
Umfangreiche Rechenkapazitäten stehen mit der Infrastruktur von zur Verfügung, zu der der Lichtenberg Hochleistungsrechner der TU Darmstadt und der CLAIX Hochleistungsrechner der RWTH Aachen zählen. NHR4CES
Außerdem betreiben wir einen eigenen Rechencluster für Simulationen geringeren Umfangs.