| Kommentar |
Einführung in die numerische Simulation ( Finite Differenzen und Finite Elemente Methoden)
und ihre geowissenschaftlichen Anwendungen (MGPH2.1.1, MGPH2.1.2; bzw. als eigenständiges 3-Punkte-Modul für andere Fachrichtungen)
Nina Kukowski
Do, 10 – 14, CP
Finite Differenzen (FD) und Finite Elemente Methoden (FEM) sind leistungsstarke Simulationswerkzeuge der Kontinuumsphysik für die Untersuchung statischer und dynamisch-mechanischer Probleme sowie von Transportvorgängen z.B. für Wärme und Fluide. Die Geowissenschaften bilden – neben dem Automobilbau, dem Flugzeugbau, der Baustatik und vielen anderen Feldern in Forschung und Industrie - ein wichtiges Einsatzgebiet für diese Verfahren, da sie für die Untersuchung einer Vielzahl von Geoprozessen sehr gut geeignet sind. Hierzu gehören das Deformationsverhalten von Kruste und Lithosphäre sowie der Grundwassertransport und der gekoppelte hydro-thermische Transport von Fluiden in porösen und geklüfteten Medien. Eine weitere Methode, die mittlerweile in den Geowissenschaften verbreitet ist, ist die diskrete Elemente Methode (DEM), auch „numerische Sandbox” genannt, bei der die Interaktion von (sehr vielen) Partikeln beschrieben wird.
Ein wesentliches, praktisches Ziel dieser Vorlesung ist es, zu zeigen, für welche Probleme FD, FEM und DEM eingesetzt werden können, die einzelnen Arbeitsschritte einer Simulation zu erläutern und einige heute im Einsatz befindliche akademische und kommerzielle Programmpakete vorzustellen. Ein weiteres, grundlegendes Ziel ist die Beschäftigung mit den (partiellen) Differentialgleichungen, die mit den numerischen Methoden gelöst werden sollen, etwa die Wärme- und Fluidtransportgleichungen. Dieses geschieht zu einem großen Teil an anschaulichen Beispielen aus den Bereichen der Spannungsanalyse sowie des Fluid- und Wärmetransports. Weiterhin werden vor allem akademische Programmpakete vorgestellt und es besteht die Möglichkeit, damit zu arbeiten.
17.04.2018: Organisational issues, outline of ”term project” (e.g. thermal signature of shallow fluid transport derived from time series) and dates/themes of presentations; Thermal state of the Earth: review and summary
24.04.2018: Equations for coupled heat and fluid transport (and solutions)
08.05.2018: The role of fault zones for energy and fluid transport
22.05.2018: Interpretation of individual temperature logs and thermal monitoring in drill holes
29.05.2018: Thermal monitoring
05.06.2018: Hydrothermal systems (cooling and redistribution of material)
12.06.2018: Gas hydrates I (overview)
19.06.2018: Gas hydrates II (thermodynamics and feedbacks)
26.06.2018: Fossil and sustainable energy
03.07.2018: Resources, power plants, sustainability
10.07.2018: Multiphase transport (CCS, freezing bodies, …)
Was ist für die Zulassung zur Semesterprüfung/Modulprüfung zu tun: erfolgreiche Bearbeitung der Übungsaufgaben, Projektarbeit (während der Übungen und als Hausarbeit (Abgabe bis 31.8.2018)) mit Präsentation
Diese LV richtet sich vor allem an Studierende des MSc Studienganges Geowissenschaften. Interessierte anderer Studiengänge sind herzlich willkommen. |
