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Die Forschung und Entwicklung betrifft die Entwicklung und die benutzerorientierte Ausgestaltung einer hochperformanten Strömungssimulation-Software zum Einsatz in der Hochschullehre und der universitären Forschung. Kern der Implementierung ist die Potentiatheorie der Strömungsmechanik, die numerische Simulationsmethode ist das so genannte PANEL-Verfahren.  Als Systembasis dient das CFD-Programm „FS-Flow“ des am Vorhaben beteiligten Forschungspartners. Der Projektname sei:

FS- FlowLAB

Ziele. Bezogen auf den Hochschulbereich zielt das Vorhaben auf ein bedienfreundliches ingenieurdidaktisches Instrument zur Vermittlung theoretischer Grundlagen der Strömungslehre, Methoden der numerischen Strömungssimulation und praxisrelevante Nutzung kommerzieller Programmsysteme. Die Evaluierung der ingenieurdidaktischen Ziele ist Gegenstand der Forschung.

Hinsichtlich der industriellen und universitären Forschung steht im Projekt FS-FlowLAB im Vordergrund, ein leistungsstarkes Softwaresystem zur Validierung des Innovationspotentials wissenschaftlicher Arbeiten auf dem Gebiet der Fluimechanik verfügbar zu machen.

Hinsichtlich rezenter Projekte im Hause soll die Software als universelle Qualitätsfunktion in einer  Optimierungsumgebung arbeiten und steht damit im Zentrum aktueller Forschung an der Beuth Hochschule für Technik Berlin.

Die Stelleninhaberin / der Stelleninhaber soll während des Vorhaben sowohl ein marktreifes Produkt erarbeiten, als auch ingenieurdidaktische und methodische Kompetenz entwickeln, mit dem Ziel, bei unserem Forschungskooperationspartner die Funktion eines Fachreferenten zu übernehmen.    

Hintergrund. In den Naturwissenschaften und in der Technik sind es fluidmechanische Fragestellungen, die sowohl einen hohen strukturellen Aufwand (Windkanäle, Strömungsmessstrecken), ausgefeilte numerische Methoden (Strömungssimulation, Computational Fluid Dynamics, CFD) als auch eine sehr hohe theoretische Sachverständigkeit aller Beteiligten fordern. Die numerische Strömungsmechanik ist eine Schlüsselkompetenz in der Ingenieurausbildung. Der Einsatz professioneller CFD-Software trägt diesem Anspruch Rechnung.

Wurden in den Laboren in der vergangenen Dekade Investituionen in Lizenzen vor dem Hintergrund der praxisrelevante Software für den Unterricht zu erschließen, getätigt, klagen heute nicht wenige Dozenten über eine Art „Last der Omnipotenz und Universalität“ der verfügbaren kommerziellen Software. Gerade in den frühen Semestern der Strömungsmechanik scheint das von den Studierenden als „gesichertes Wissen Anerkannte“ und das durch die abrufbare „gefühlte Lösungsautorität der Computerprogramme Vermutete“ auf unterschiedlichen Kontinenten zu liegen.

Understanding CFD. Im Lehrbetrieb wünschenswert und in der Laborausbildung nützlich ist eine CFD-Software, die selbsterklärend und didaktisch klug aufgebaut, die Studierenden einlädt und ermutigt, das experimentell Erfahrene und das theoretisch Erarbeitete in einer Computersimulation nachzustellen, oder selbst gestellte Aufgaben eigenverantwortlich und mit einer selbst gewählten Vorangehensgeschwindigkeit zu lösen. Die Rede ist sowohl von den „Klassikern der Strömungslehre“ als auch von Strömungsmechanischen Fragestellungen in eigenen kleinen Projekten, die den Studierenden auf den „Nägeln brennen“.

Software. Mit dem Programmsystem FS-FLOW der FutureShip GmbH steht ein sehr effektiver Code zur Simulation von Außenströmungen zur Verfügung. Im Vergleich zu derzeit verfügbaren, handelsüblichen CFD-Simulationsprogrammen ist FS-FLOW ein so genannter Panel-Code, der ausschließlich für laminare Strömungsprobleme angewandt wird. Dies schränkt den Anwendungsbereich des Verfahrens natürlich ein. Auf der anderen Seite werden mit einem Panel-Code die Berechnungszeiten für das Strömungsgebiet extrem (Faktor 1/100) verkürzt. Damit is das Verfahren attraktiv für den hochschuldidaktischen Bereich, für Surveystudien über hochkomplexe Qualitätslandschaften von Strömungs-phänomenen, Optimierungsaufgaben in Laminarströmungen bei denen in möglichst kurzer Zeit eine Vielzahl von Berechnungsiterationen erforderlich sind, sowie für innovative Berechnungsverfahren, die die Lösungen von Körperverformung (finite element method, FEM) und Strömungsgebiet (CFD) miteinander koppelt: Fluid-Struktur-Interaktion (FSI).

Der industrielle Forschungspartner, die FutureShip GmbH in Potsdam bietet innovative Konstruktionsdienstleistungen und Softwareentwicklung auf dem Gebiet der geometrischen Modellierung, numerischen Analyse und Optimierung von funktionalen Oberflächen wie Schiffen, Propeller, Turbinen, Tragflächen und ähnlichen Systemen von hoher Komplexität an. FutureShip GmbH ist ein unabhängiges Tochterunternehmen des Germanischen Lloyd, Hamburg und ging aus der FRIENDSHIP GmbH hervor, welche 2003 als Spin-Off der Technischen Universität Berlin gegründet wurde. Die wichtigsten Arbeitsfelder sind Schiffbau, Maschinenbau und Spezialdienstleistungen. FutureShip GmbH kooperiert mit Konstrukteuren, Designern, Werften, Schiffstechnischen Versuchsanstalten, Forschungs-instituten und Universitäten weltweit und ist an einer Forschungszusammenarbeit auf dem Themengebiet „ingenieurdidaktischer CFD-Software“ sehr interessiert. FutureShip GmbH verbindet eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit in Forschung und Entwicklung mit den Wissenschaftlern der Beuth Hochschule für Technik Berlin.

Die Weiterbeschäftigung eines Mitarbeiters mit ingenieurpädagogischer Kompetenz bei gleichzeitigem technisch-wissenschaftlichem Sachverstand, hält der der industrielle Forschungspartner des Vorhaben FS-FlowLAB für aussichtsreich. In Zusammenarbeit mit der Beuth Hochschule für Technik Berlin soll ein Dienstleistungsprodukt entwickelt werden.

Ziele des Vorhabens:

Das Forschungsvorhaben FS-FlowLAB zielt auf die Ausentwicklung einer ingenieur-didaktisch klugen Simulationssoftware einerseits, andererseits auf die Entwicklung und Evaluierung von Dienstleistungsprodukten auf dem Gebiet des Wissenstransfers im naturwissenschaftlich-technischen Bereich. 

·         FlowLAB-STUDENT:

o        Benutzer-Interface für den Lehrbetrieb, insbesondere Entwicklung zu einem   korrespondierenden   

                      Simulationsinstrument in einer experimentellen Laborumgebung.

·         FlowLAB-RESEARCH:

o        Skriptfähigkeit der Software zum Einsatz als Validierungsverfahren in der universitären und industriellen Forschung.

o        Kompatibilität und Skriptfähigkeit der Software zum Einsatz als Qualitätsfunktion in der Optimierungsstrategien-Entwicklung.

·         FlowLAB-Lessons:

o        Understanding CFD. Workshops zur Potentialtheorie, spezieller Simulationsmethoden und ihre Anwendung in der Strömungslehre.

o        Evaluierung des Lehreinsatzes der entwickelten Software