Das Open-Source-Paket CFDEMcoupling (DCS Computing) kombiniert die Fähigkeiten von OpenFOAM zur Darstellung von Fluidströmungen mittels CFD und von LIGGGHTS zur Simulation der Partikelbewegung mittels DEM, um deren Wechselwirkungen zu analysieren. Dabei können die Wechselwirkungskräfte volumengemittelt anhand empirischer Gleichungen (unaufgelöste CFD-DEM-Kopplung) oder durch direkte Berechnung mithilfe eines feinen Rechengitters (aufgelöste CFD-DEM) ermittelt werden. Mithilfe der Software kann zum Beispiel das Verhalten von Partikeln in Suspensionen (bspw. beim Dispergieren) oder in Luft (z.B. Partikeltrajektorien beim Start einer Rakete) untersucht werden.
COMSOL Multiphysics ist ein numerisches Simulationsprogramm zur Lösung gekoppelter partieller Differentialgleichungen. Es ermöglicht die durchgängige Abbildung komplexer physikalischer Prozesse: von der Geometrieerstellung über die Vernetzung und physikalische Modellierung bis hin zur Auswertung und Optimierung. Aufgrund seines modularen Aufbaus können verschiedene Physik-Schnittstellen flexibel kombiniert werden, um Mehrphänomen-Probleme in Fluiden, Festkörpern oder gekoppelten Systemen realitätsnah zu beschreiben.
So lassen sich mithilfe des Acoustic Moduls und eines DEM-Moduls (Discrete-Element-Methode) beispielsweise die Wechselwirkungen zwischen akustischen Feldern und Partikelsystemen untersuchen. Das Acoustic Module bildet die Ausbreitung von Druck- bzw. Schallwellen in Fluiden und Festkörpern auf Grundlage der relevanten Wellengleichungen ab. Die Bewegung der Partikel wird mittels DEM durch die Lösung der translatorischen und rotatorischen Bewegungsgleichungen einzelner Partikel unter Berücksichtigung von Kontakt-, Kollisions- und Reibungskräften beschrieben. Über geeignete Kopplungsansätze können akustisch induzierte Kräfte (z. B. Schallstrahlungsdruck oder Druckgradientenkräfte) auf die Partikel sowie der Einfluss der Partikelverteilung auf das lokale akustische Feld erfasst werden. Am iPAT kommen die beiden Module für die Ultraschalllevitation von Partikeln zum Einsatz.
LIGGGHTS (LAMMPS Improved for General Granular and Granular Heat Transfer Simulations, DCS Computing) ist ein quelloffener Softwarecode zur Simulation des Verhaltens einzelner Partikel und Schüttgüter. Dabei kommt die Diskrete-Elemente-Methode zum Einsatz, die es ermöglicht, die Bewegung der Partikel anhand von Kraftmodellen vorherzusagen. Oftmals wird eine Kopplung zur numerischen Strömungsmechanik (CFD) hinzugezogen, um auch die Wechselwirkung mit dem umgebenden Fluid zu berücksichtigen. Am iPAT kommt LIGGGHTS unter anderem bei der Darstellung der Tablettierung, der Agglomeration, des Fließverhaltens von Pulvern und der Zerkleinerungstechnik zum Einsatz.
OpenFOAM (Open Source Field Operation and Manipulation) ist ein quelloffenes Softwarepaket zur Durchführung von numerischen Strömungsberechnungen (CFD). Dabei kommt die Finite-Volumen-Methode (FVM) zum Einsatz. Am iPAT wird diese meist in Kombination mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) in Rahmen der CFD-DEM-Kopplung angewendet. Dabei können komplexe, mehrphasige Phänomene u.a. in den Bereichen Sprühtrocknung, Dispergieren, Agglomeration und Emissionen analysiert werden.
Ansys Rocky ist eine fortschrittliche Simulationssoftware, die auf der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) basiert und speziell zur numerischen Untersuchung komplexer partikeltechnischer Prozesse dient. Sie ermöglicht präzise Simulationen von Partikelsystemen einschließlich realistischer Darstellung von Partikelformen und Interaktionen. Am iPAT setzen wir Ansys Rocky ein, um das Partikelfließverhalten, Partikelbruch sowie Partikel-Fluid-Struktur-Wechselwirkungen numerisch zu untersuchen. Dabei ermöglicht die Software realitätsnahe Modelle komplexer Partikelformen sowie die Kopplung mit Strömungsmechanik (CFD), Strukturmechanik (FEM) und thermischen Prozessen.