Modellierung und Simulation chemischer Reaktionssysteme -
Entwicklung und Umsetzung eines numerischen Verfahrens

Dr. Michael Wulkow CiT (Computing in Technology GmbH Rastede)

Der Vortrag stellt die Motivation und die grundlegenden Konzepte eines numerisches Verfahrens zur Lösung von Populationsgleichungen in chemischen Prozessen vor. Dabei handelt es sich um Differentialgleichungen, wie sie in der Reaktionskinetik bei der Modellierung von Kettenlängenverteilungen (z.B. von Polymeren) und bei der Beschreibung von Teilchengrößenverteilungen (z.B. von Kristallen) vorkommen. Diese abzählbaren Differentialgleichungssysteme bzw. partiellen Integro-Differentialgleichungen hängen insbesondere von (gewichteten) Summen bzw. Integralen der Loesung ueber die semi-infinite Eigenschaftsachse und von speziellen Randbedingungen ab. Als fuer diese Problemklasse besonders geeignet haben sich Galerkin-Methoden mit h-p-Struktur erwiesen, da die durch diese Methoden erzielte Reduktion von Freiheitsgraden es erlaubt, globale Verknüpfungen (Summen, Integrale) über die gesamte Eigenschaftsachse effizient und genau auszuwerten. Es werden Beispiele und Resultate aus den Bereichen Polymerisation, Verbrennung, Kristallisation und Schadstoffabbau in Biofilmen vorgestellt. Die auf den theoretischen Grundlagen aufbauenden Anwendungsprogramme der Fa. CiT werden mit Erfolg in der chemischen Industrie und an Universitäten und Forschungsinstituten eingesetzt. Die Umsetzung in die Praxis und das Erreichen von Akzeptanz war allerdings nicht gerade einfach und soll im zweiten Teil etwas ausführlicher beschrieben werden.