SNuBIC

Viele für das Ingenieurwesen, die Strömungsmechanik und die Astrophysik bedeutende physikalische Systeme sind heterogen – zum Beispiel, wenn ein Festkörper mit einer Flüssigkeit interagiert oder wenn eine Wechselbeziehung zwischen der Physik eines elektromagnetischen Feldes und der eines Plasmastroms entsteht. Mithilfe numerischer Methoden, die auf partiellen Differentialgleichungen beruhen, lassen sich einzelne Komponenten dieser heterogenen Systeme simulieren. Allerdings ist die Kombination solcher Methoden zu einem umfassenden Multiphysik-Modell ein komplexes Problem — sowohl für die Physik als auch für das Höchstleistungsrechnen (HPC). Die Herausforderung besteht darin, gleichzeitig die Struktur der einzelnen Systeme zu bewahren und die Wechselwirkungen zwischen den Systemen abzubilden.

Das Projekt SNuBIC untersucht Methoden zur Modellierung und Simulation von gekoppelten Systemen, die durch partielle Differentialgleichungen beschrieben werden. In Stuttgart konzentrieren wir uns auf die Entwicklung verbesserter Methoden für Multiphysik-Simulationen an Schnittstellen zwischen physikalischen Systemen, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Effizienz beim Einsatz von HPC-Systemen.

Nach Fertigstellung dieser Methoden können Wissenschaftler:innen und Ingenieur:innen unseren Multiphysik-Kopplungsrahmen nutzen, um Simulationen heterogener Systeme zu verbessern. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist die Astrophysik. Hier möchten Wissenschaftler:innen die Wechselwirkungen zwischen Magnetfeldern und physikalischen Objekten besser verstehen, die mit unterschiedlichen numerischen Methoden beschrieben werden. Unsere Methoden bewahren numerische Strukturen, um sicherzustellen, dass das Magnetfeld annähernd divergenzfrei bleibt, und bieten Kopplungsmöglichkeiten für die gleichzeitige Simulation verschiedener Regime auf effiziente Weise.