Die Modellierung und Simulation von strömungsmechanischen
Prozessen haben in den letzten Jahrzehnten gewaltige
Fortschritte gemacht. Dies ist einerseits durch die rasante
Entwicklung der Rechnertechnologie begründet, andererseits
durch substanzielle Innovationen des methodisch/algorithmischen
Bereiches. Die numerische Simulation konnte sich damit in vielen
technischen und naturwissenschaftlichen Arbeitsfeldern neben
Experiment und Theorie als dritte gleichberechtigte Säule
etablieren.
Durch die Optimierung der Software werden höhere
Präzision, Visualisierungsqualität und Geschwindigkeit
möglich. Damit liefern solche Simulationen die von
Wissenschaft und Wirtschaft z. B. in den Bereichen Klimaschutz,
Energie, Gesundheit und Produktentwicklung benötigten
Modelle immer schneller und realitätsnaher.
Ein gravierender Nachteil besteht jedoch darin, dass die meisten
Softwarewerkzeuge noch immer auf vereinfachte Modelle
zurückgreifen müssen, da der Rechenaufwand für
eine vollständige Simulation des Strömungsverhaltens
für so genannte „real world problems”
enorm ist.
Ein Schwerpunkt des SKALB-Projektes wird daher sein, eine
verbesserte Methodik zu entwickeln, gerade auch in Verbindung
mit der effizienten Ausnutzung von Hardware-Ressourcen.
Die Kernkomponente des Projekts,
das Lattice-Boltzmann-Verfahren, ist eine Ende der
1980-er Jahre entwickelte Methode zur numerischen Simulation
von Strömungen. Es basiert auf der Berechnung einer stark
vereinfachten Teilchen-Mikrodynamik, wobei das zu simulierende
System in Zeit und Raum diskretisiert wird. Aufgrund der
internen Struktur (geringer Speicher- und Rechenbedarf je Zelle)
eignet sich das Verfahren unter anderem zur Berechnung von
Strömungen in komplexen Geometrien.