Sonderforschungsbereiche

Sonderforschungsbereiche (SFB) gehören neben Transregios der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zu den Flaggschiffen der Deutschen Wissenschaftslandschaft.

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Sprecher: Prof. Christan Holm,  Institut für Computerphysik

Mit Computersimulationen lassen sich Fragen zu Materialeigenschaften, zur Entstehung von Rissen, zu maschinellen Produktionsabläufen oder zu biochemischen Prozessen beantworten. Doch wer die Welt im Großen verstehen will, muss sie zunächst im Kleinen und Kleinsten begreifen. Diesem Prinzip haben sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs 716 verschrieben. Ihr Blick richtet sich auf die  kleinsten Teilchen in Natur und Technik. Am Computer rekonstruieren sie das Verhalten von Atomen und Molekülen, um Antworten auf aktuelle wissenschaftliche Fragen zu ermöglichen.

Dazu arbeiten Teams aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie der Informatik eng zusammen. Sie entwickeln geeignete Modelle, um die Abläufe in den für unsere Augen unsichtbaren Bereichen zu beschreiben. Dabei wollen sie möglichst viele  Informationen, lange Zeiträume und komplexe Probleme auf den aktuell verfügbaren Computerarchitekturen berechenbar  machen und verständliche Bilder aus der Welt der Teilchen erzeugen.

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Sprecher: Prof. Rainer Helmig, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung.

Der Sonderforschungsbereich (SFB) 1313 mit dem Titel "Grenzflächengetriebene Mehrfeldprozesse in porösen Medien - Strömung, Transport und Deformation" hat sich zum Ziel gesetzt, ein grundlegendes Verständnis darüber zu entwickeln, wie die Grenzflächen - zum Beispiel zwischen zwei Fluiden oder zwischen dem Fluid und einem Feststoff - Strömung, Transport und Deformation in porösen Medien beeinflussen. Hierfür soll zum einen quantifiziert werden, welchen Einfluss Faktoren wie die Porengeometrie, die Heterogenität und Risse des porösen Mediums auf die Dynamik der Strömungsprozesse ausüben. Zum anderen sollen mathematische und numerische Modelle entwickelt werden, mit denen sich die Auswirkungen von Prozessen, die auf sehr viel kleineren Skalen stattfinden, in Strömungssimulationen integrieren lassen.

Wie Fluide sich in porösen Medien wie etwa Gestein ausbreiten und zu welchen Deformationen es dabei kommt, spielt in sehr vielen Anwendungsbereichen eine Rolle. Beispiele dafür sind die Optimierung von Brennstoffzellen, die Speicherung von Kohlenstoffdioxid oder Methan im Untergrund, die Voraussage von Hangrutschen nach starkem Regen oder der Transport von Medikamenten im menschlichen Gewebe.

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Sprecher: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Weigand

Tropfen spielen in vielen Bereichen der Natur und Technik eine zentrale Rolle. Beispiele aus der Natur sind Regen, Wolken oder Nebel. Im Hinblick auf technische Prozesse ist die Verdampfung von Tropfen in Kraftstoffsprays bei der Verbrennung in Kraftfahrzeugmotoren oder Flugtriebwerken als Anwendung zu nennen, wobei diese Vorgänge direkt mit der Entstehung von Schadstoffen verknüpft sind. 

Das grundsätzliche Verständnis von tropfendynamischen Prozessen ist entscheidend für die Voraussage natürlicher Prozesse sowie die Optimierung technischer Systeme. Viele dieser Prozesse laufen unter extremen Umgebungsbedingungen, z.B. hohem Druck oder extremen Temperaturen, ab und werden schon in der Technik angewandt, obwohl es noch große Lücken im grundlegenden Verständnis gibt. Hier genau setzt nun der Transregio an. Ziel ist es, ein vertieftes physikalisches Verständnis der wesentlichen Vorgänge zu gewinnen. Darauf basierend sollen Wege zur analytischen und numerischen Beschreibung aufgezeigt und diese selbstverständlich auch umgesetzt werden. Zudem wird dadurch auch eine Verbesserung der Vorhersage von größeren Systemen in der Natur oder in technischen Anlagen ermöglicht.

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