V.l.n.r.: Simon Rustige, Philipp Eibl, Oliver Tomaschitz,
Gottfried Segner, Laura Schneider, Christian Witz
In seiner Doktorarbeit hat Christian Witz ein bereits bestehendes CPU-Programm für GPUs neu geschrieben und angepasst (Paper 1) und mit neu entwickelten Lattice-Boltzmann-Algorithmen (LBM), Lagrangian Particle Tracking (LPT) und effizienten Parallelisierungsstrategien eine enorme Beschleunigung erreicht. Die Simulationen wurden mit einem 150l Acrylglasreaktor und einem leitfähigkeitsbasierten lokalen Holdup-Messsystem validiert. Schließlich waren Simulationen von industriellen Reaktoren bis zu 250 m³ möglich (Paper 2).
Seitdem wurden die Funktionalitäten des Programms ständig erweitert. Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten können simuliert und bis zu 32 GPUs können verwendet werden, um die Simulationsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Leistungsaufnahme des Rührwerks sowie die Scherratenverteilung im Reaktor wird während der Simulation ermittelt. Gelöste Stoffe wie Nährlösung, gelöster Sauerstoff oder Kohlendioxid werden durch das Strömungsfeld transportiert und auch der Weg der Mikroorganismen im Reaktor (Lifelines) kann verfolgt werden.
In seiner Doktorarbeit arbeitet Philipp Eibl an weiteren physikalischen Modellen, um den gesamten biologischen Prozess am Computer zu analysieren. Dazu gehört die Simulation der Temperaturverteilung im Reaktor mit Wärmequellen wie aktiven Mikroorganismen sowie Kühlkörpern wie Wärmetauschern oder ein Kühlmantel. Nährstoffe sind nicht nur als gelöstes Substrat vorhanden, sondern können auch als dispergierte, nicht mischbare Phase vorliegen, die je nach Tropfengröße mit hochauflösenden Eulerschen Methoden oder Populationsbilanzmodellen modelliert werden kann.
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.
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