Nachdem die Diskussion um „Embedded Meshes“ (also feiner aufgelöste Berechnungsgitter, die innerhalb grob aufgelöster Berechnungsgitter liegen) bereits im Jahr 2010 aufgekommen ist, hat Randy McDermott die Funktionalität als Meilenstein für die Entwicklung von FDS 7 definiert.
Embedded Meshes bieten in LES-Simulationen die Möglichkeit signifikant verbesserter Simulationsergebnisse bei moderat steigendem Aufwand. Beispielsweise kann bei der Simulation eines Brandes in einer Industriehalle global ein grobes Gitter genutzt werden, während Bereiche von besonderer Bedeutung für die Qualität der Simulationsergebnisse (beispielsweise Brandherd inklusive Plume, Zuluftflächen, Rauchabzugsöffnungen und erwartete Heißgasschicht) in jeder Dimension mit doppelter Zellanzahl aufgelöst werden.
Grundsätzlich bot bereits FDS 4 die Möglichkeit Berechnungsgitter einzubetten, allerdings weisen die Entwickler darauf hin, dass der Nutzen eines eingebetteten Berechnungsgitter aktuell nur gering ist, da der Informationsaustausch zwischen den Berechnungsgittern nur an deren Grenzen stattfindet. Das umgebende Berechnungsgitter erhält also keine Informationen von dem feiner aufgelösten, eingebetteten Berechnungsgitter, profitiert also nicht von der höheren Auflösung.
Noch spannender werden die von Randy McDermott definierten Langzeitziele: adaptives Mesh-Refinement (automatische Verfeinerung einzelner Bereiche während der Simulation) und Chimera-Gitter (Berechnungsgitter deren Zellen nicht als mehrfaches Ganzes verbunden sind).
Hallo Matthias,
vielen Dank für Deinen Kommentar.
Tatsächlich habe ich noch nie einen Fall der Anwendung für engebettete Gitter mit FDS gesehen und wüsste selber auch nicht, in welchem Fall man die aktuelle Imlementierung aufgrund der durch die Entwickler genannten Einschränkungen sinnvoll anwenden sollte.
Um so spannender finde ich Randys Pläne für kommende Versionen.
Was meinst Du genau mit den mathematischen Eigenschaften? Deutest Du damit an, dass es über den fehlenden Informationsaustausch hinaus noch weitere Probleme gibt?
Mir ist absolut schleierhaft wo überhaupt ein Nutzen der in FDS implementierten „Verfeinerung“ mittels eingebetteter Gitter auftreten soll.
Die numerische Implementierung berücksichtigt die mathematischen Eigenschaften des zu lösenden Gleichungssystems nicht. Das Programm berechnet zwar etwas, aber das numerische Verfahren löst dabei ein anderes diskretes Gleichungssystem, als eigentlich erforderlich.