Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation
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(2024)
Die nationale Politik- und Forschungsstrategie Bioökonomie sieht eine Transformation der Wirtschaft vor, bei der die Verwendung fossiler Rohstoffe zunehmend durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe ersetzt wird. Der Einsatz biobasierter Kunststoffe soll dabei gefördert werden. Erste Analysen der Berichterstattung zu Biokunststoffen im Rahmen einer Pilotstudie ergaben, dass der Grundgedanke biologisch abbaubarer Kunststoffe breite Zustimmung im öffentlichen Diskurs erfährt. Abseits der soziopolitischen Diskursebene entwickelt sich jedoch eine medial geführte Diskussion um erhebliche Probleme mit den Stoffen in der Abfallwirtschaft. Die Gefahr besteht nun, dass diese Haltung verbreitet durch die Massenmedien auf die öffentliche Meinung abfärbt. Mangelnde öffentliche Akzeptanz könnte den Erfolg von innovativen Biokunststoff-Produkten gefährden.
The lattice Boltzmann method (LBM) stands apart from conventional macroscopic approaches due to its low numerical dissipation and reduced computational cost, attributed to a simple streaming and local collision step. While this property makes the method particularly attractive for applications such as direct noise computation, it also renders the method highly susceptible to instabilities. A vast body of literature exists on stability-enhancing techniques, which can be categorized into selective filtering, regularized LBM, and multi-relaxation time (MRT) models. Although each technique bolsters stability by adding numerical dissipation, they act on different modes. Consequently, there is not a universal scheme optimally suited for a wide range of different flows. The reason for this lies in the static nature of these methods; they cannot adapt to local or global flow features. Still, adaptive filtering using a shear sensor constitutes an exception to this. For this reason, we developed a novel collision operator that uses space- and time-variant collision rates associated with the bulk viscosity. These rates are optimized by a physically informed neural net. In this study, the training data consists of a time series of different instances of a 2D barotropic vortex solution, obtained from a high-order Navier–Stokes solver that embodies desirable numerical features. For this specific text case our results demonstrate that the relaxation times adapt to the local flow and show a dependence on the velocity field. Furthermore, the novel collision operator demonstrates a better stability-to-precision ratio and outperforms conventional techniques that use an empirical constant for the bulk viscosity.