Relevante Forschungsaktivität

Der Lehrstuhl für Mechanik und Robotik arbeitet auf dem Gebiet der Entwicklung und Anwendung von Methoden der numerischen Strömungsmechanik für die Lösung von Multiskalen- und Mehrphasen-Problemen. In der Forschung richtet sich das Hauptaugenmerk der Arbeitsgruppe auf die Modellierung und die numerische Simulation von (bio)fluiddynamischen und verfahrenstechnischen Prozessen. Zu diesen gehören insbesondere die interdisziplinär gestalteten Arbeiten auf dem Gebiet der Blutströmung inklusive der Fluid-Struktur-Wechselwirkung, der Fluiddynamik von Mehrphasensystemen in Bioreaktoren und Kapillaren, sowie von Fest-Flüssig-Phasenübergängen. Die numerische Simulation von diesen komplexen Sachverhalten erfolgt überwiegend auf Hoch- und Höchstleistungsrechnern mittels der Open Source Software OpenFOAM. Die Validierungen von numerischen Ergebnissen werden experimentell mit dem am Lehrstuhl vorhandenen 3D PIV-System (Particle Image Velocimetry) durchgeführt.

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Projekte und Kooperationen

Im Rahmen von geförderten Projekten (DFG, BMBF, AiF) kooperiert der Lehrstuhl für Mechanik und Robotik sowohl mit den internen (UDE) als auch externen Forschergruppen. Dabei stehen im Vordergrund die DFG Gemeinschaftsprojekte mit dem Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik und IWW, in welchen die Membrantechnik fürs Wasseraufbereitung erforscht wird. In einem BMBF Verbundprojekt wurde ein Modell für die Simulation von strömungsakustischen Problemen entwickelt. Die energetischen Aspekte der Reinigung von Wasserleitungen werden kooperativ mit einem Unternehmen mittels einer AiF Förderung untersucht.

Ausstattung

Der Lehrstuhl verfügt über den Zugang zu den High Performance Computing Plattformen an der Universität Duisburg-Essen sowie im Rahmen des Ressourcenverbunds RV-NRW. Auf diesen Computern werden insbesondere die rechenzeitintensiven Simulationen von Mehrphasenströmungen durchgeführt. Darüber hinaus ist am Lehrstuhl eine 100 Hz Particle Image Velocimetry Anlage vorhanden, mit welcher die prinzipiellen Validierungen von theoretisch-numerischen Modellen realisiert werden. 

Fünf Ausgewählte Publikationen oder Patente

• J. Schmalz, , W. Kowalczyk, (2015) Implementation of Acoustic Analogies in OpenFOAM for Computation of Sound Fields. Open Journal of Acoustics, 5, 29-44

• H. Mansour, W. Kowalczyk (2015), Investigation of Inlet Boundary Conditions on Capillary Membrane with Porous Wall During Dead-End Backwash, Journal of Membrane Science & Technology, 2015, 5:138

• J. Hoth, W. Kowalczyk: Direct determination of shape functions for isoparametric elements with arbitrary node configuration. Open Engineering. Band 5, Heft 1, ISSN (Online) 2391-5439

• H. Mansour, A. Keller , R. Gimbel, W. Kowalczyk, 2013. Backwash of dead-end capillary membranes: numerical simulation of multiphase flow and the effects of different operation conditions, Membranes, 3 249-265

• W. Kowalczyk, A. Delgado. Dimensional analysis of thermo-fluid-dynamics of high hydrostatic pressure processes with phase transition, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50 3007-3018, 2007