RZ-News Oktober 96

Elektrostatische Filter - eine Herausforderung an die numerische Simulation

Nur wenige wissen von ihnen, aber alle profitieren davon. Die Rede ist von elektrischen Abscheidern, die z.B. in Kohlekraftwerken, Eisenhütten und Zementwerken ihren Dienst tun. Pro Stunde werden bis zu 10 Tonnen Staub aus den Abgasen gefiltert, die sonst in die Atmosphäre emittiert würden.

Die Partikelgröße reicht dabei von potentiell krebserregenden Partikeln in submikronen Bereich bis zu Agglomeraten von einigen 10 Mikrometern. Die Filterwirkung basiert auf der Erzeugung von negativen Ionen durch elektrische Gasentladungen im Filterkanal. Die Ionen lagern sich an die Staubteilchen an, laden sie auf, und bewirken eine Kraft in Richtung der Abscheideplatten, wo die Partikel schließlich haften bleiben. Mit Hammerwerken werden die Staubkuchen abgeklopft und dann im Straßenbau als Zusatzstoff für Straßenbeläge verwertet. Weiterhin bewirkt der Impuls der negativen Gasionen eine Verwirbelung des Abgasstroms, die an manchen Stellen die Filterwirkung unterstützt, sie aber an anderen Stellen abschwächen kann. Die rechnergestützte Simulation und Optimierung solcher Anlagen ist eine Herausforderung an Rechner und Software.

Wissenschaftliche Mitarbeiter der Institute für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik sowie  mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik unter den Professoren Schwab und Buggisch beschäftigen sich gemeinsam und interdisziplinär mit diesen Fragen, die von der Simulation der elektrischen Gasentladung, über die Driftbewegung der Ionen, der turbulenten Strömungsberechnung, der Partikelaufladung und -bewegung, bis hin zum Abscheideverhalten an den Filterplatten reichen. Auch das Rechenzentrum, auf dessen Parallelrechner IBM RS/6000 SP die Programme laufen, ist involviert.

Besonders heikel ist die Simulation deshalb, weil alle diese Phänomene nichtlinear miteinander gekoppelt sind. Deshalb fallen Gleichungssysteme in der Größenordnung von einigen hunderttausend Unbekannten an, die sehr oft gelöst werden müssen. Die vorliegende Rechnung benötigte z.B. 13.000 Gitterpunkte für die Gasentladung und 182.088 Gitterpunkte für die turbulente Strömung. Erheblicher Support kam dabei von der Numerikforschungsgruppe des RZ in Fragen der schnellen Lösung großer Gleichungssysteme.

Abbildung 1

Abb. 1 zeigt eine Elektrode, die für Elektrofilter eingesetzt wird. Die Gasentladung brennt an der Spitze der Dorne. Daneben ist ein Ausschnitt aus der Diskretisierung der Dorne mit der Finite-Elemente-Methode gezeigt.

Abbildung 2

In Abb. 2 ist die Stromverteilung auf der Abscheideplatte zu erkennen, die sich in den Abscheidemustern des Staubs niederschlägt.

Abbildung 3

In Abb. 3 sind die Strömungsverhältnisse um den Dorn gezeigt, einmal in der Draufsicht, und einmal von vorne. Aufgrund von Symmetrieüberlegungen werden nur Ausschnitte berechnet, da die Probleme selbst für den großen Parallelrechner nicht mehr lösbar wären. Keine numerische Simulation kommt ohne Verifikation aus. Deshalb werden an beiden Instituten aufwendige Messungen durchgeführt, die Aufschluß über die Richtigkeit der Simulation geben können. Aus einer solchen Versuchsanordung stammt auch das Abscheidemuster in Abb. 4.

Abbildung 4 (Foto: Miller)

Anwendungssoftware

Tool zur parallelen Konvertierung größerer Dateimengen: gppfcf

Mit dem Programm gppfcf (General Purpose Parallel File Conversion Farm) kann man am Parallelrechner IBM RS/6000 SP umfangreichere Mengen gleichartiger Dateien einer einheitlichen Konvertierung unterziehen. gppfcf setzt dabei voraus, daß die Konvertierung einer einzelnen Datei über eine UNIX-Pipeline der Form pipeline < file.ein > file.aus vollzogen werden kann. gppfcf wird unter POE bzw. unter dem LoadLeveler gestartet. Es verteilt dabei die einzelnen Umwandlungen automatisch nach dem Work-Farm-Modell auf die verschiedenen Knoten im Parallel Environment, d.h. ein Master-Knoten delegiert die Konvertierungen an die übrigen N-1 Knoten und weist ihnen gegebenenfalls neue Umwandlungsaufträge zu.

Aufgrund der hohen Rechengeschwindigkeit der Einzelknoten der RS/6000 SP und der Parallelisierung kann man auch größere ‘’Stückzahlen’’ von Files in relativ kurzer Zeit verarbeiten (Beispiel: die Umwandlung von 640 hochauflösenden GIF-Rasterimages in komprimierte PostScript-Files dauerte auf einer einzelnen Workstation des Typs HP 715/50 sechs Stunden, die parallele Konvertierung unter gppfcf mit zwanzig Knoten benötigte dagegen nur sechs Minuten.)

Nähere Informationen zu gppfcf entnehmen Sie bitte dem WWW unter folgender URL http://www.rz.uni-karlsruhe.de/~SP2/software.html unter dem Stichwort weitere Tools.

Tel. -4036,  Email: Harald.Meyer@rz.uni-karlsruhe.de.

Veranstaltungen

Einführungskurs in das Finite-Elemente-Programm ABAQUS 5.5

In der Zeit vom 12.-15. November 1996 findet wieder ein Einführungskurs in in das Finite-Elemente-Programm ABAQUS 5.5 statt.

Datum:	12. - 15. 11. 1996
Zeit:	jeweils 9.00 - 13.00 Uhr, ab 14 Uhr Uebungen an den IBM RS/6000 Workstations
Ort:	RZ, Raum -101, UG

Programm:

12.11.96

• Aufbau und Struktur von ABAQUS
• Organisation der ABAQUS Dokumentation
• Einführendes Beispiel
• Erzeugung der Knoten und der Vernetzung mit ABAQUS-Kommandos

Der erste Tag wendet sich an Interessenten, die bisher noch mit keinem FE-Programm vertraut sind. Benutzer, die sich schon etwas auskennen bzw. die ihre Modelle mit I-DEAS, PATRAN oder mit anderen Verfahren statt direkt mit ABAQUS-Kommandos erzeugen, können diesen Tag überspringen.

13.11.96

• ABAQUS am Rechenzentrum (Installation am IBM RS/6000 SP, NZ55-FE-Server und an anderen Workstations)
• ABAQUS-Konventionen
• Elementebibliothek
• Materialeigenschaften

• Lösungsalgorithmen
• Belastungsgeschichte, Prozeduren, Randbedignungen
• Lasten
• Restarts
• ABAQUS-Ausgabe

• ABAQUS/Post
• spezielle Problemlösungen:
  • Wärmeausbreitungsprobleme
  • gekoppelte Temperatur-/Spannungsprobleme
  • Eigenfrequenzen und -moden
  • dynamische Probleme

Tel. -4035, Email: paul.weber@rz.uni-karlsruhe.de.

Graphik/Visualisierung:
Einführung in ER Mapper 5.2

Am Institut für Wasserbau und Kulturtechnik findet eine Einführung in das Visualisierungsprogramm ER Mapper 5.2 der Firma Earth Resource Mapping (Helping people manage the earth) statt, die u. a. auch für Geophysiker und Photogrammetrie-Kundige von Interesse sein wird:

Datum:	Mittwoch, den 16.10.96
Zeit:	14.30 Uhr
Ort:	Seminarraum 001 am Institut für Wasserbau Rehbock-Laboratorium, gegenüber Uni-Bibliothek/AKK; Lageplan: http://www.rz.uni-karlsruhe.de/~ge08/IWK/iwkplan.
Referent:	Herr Duncan Guthrie (Reseller Network Manager), EAME (London)

Besondere Merkmale und Einsatzgebiete sind:

3-D Visualization:
Check flood paths and drainage areas.
Evaluate ‘line of sight’ problems for radio antennas.
See fault lines in seismic horizons. etc...
View all your data in 3-D, including raster imagery,
ARC/INFO vectors, and data gathered from the 129
ER Mapper imports and dynamic links.
Full integration of GIS and DBMS data.
Real-time flythrough and perspective, fog simulation, stereo images.

Crop monitoring:
ISOCLASS and supervised classification,
flexible trainining region specification, region manipulation and masking.
Scattergrams linked to image windows.
Direct editable link to ARC/INFO coverages, dynamic links to ARC/INFO, GenaMap, Intergraph, Oracle and GRASS data.
Raster to vector processing.
Image analysis.
Map composition.

Data fusion:
Wastes no disk space, merge data automatically, without regridding.
Mosaicking feature to overlap and merge datasets with different cell sizes, formats and number of bands.
Virtual datasets.

Forest management:
Different classifications, change detection, top quality maps.

Land use monitoring:
Planning tools, manage water resources, agricultural programs, land degradation, plan infrastrucure, manage disasters.

Map production:
Design maps, extensive map object library.
Print to 243 hardcopy devices.
Process and integrate raster, vector and database information.

Mineral exploration:
Improve target area selection.
Effective exploration, merge data, add GIS data, permit boundaries, drill holes and geological interpretations.

PC imaging:
minimum 16 Mb RAM (Windows95), 32 Mb (Windows NT), 486 or Pentium.
200 Mb Hard Disk, 25 pin parallel port.

Road network updating:
Display existing infrastructure from GIS or database and update it.
Integrate images and vectors.
Detect change, produce maps.

Seismic enhancement:
Highlight seismic structure, combine multiple horizons.
Seismic acquisition planning.
Tie seismic to surface geology.

Telecommunications:
Planning and editing cellular phone networks.
Integrate communicatins packages, export cell sites to interference modeling programs.

ER Radar 5.0:
Correct and analyse SAR (Synthetic Aperture Radar) images.
Extended spectral signatures.
Single channel and polarimetric processing.

System integration:
Dynamic Links to external data sources, such as GIS.
Open Standards, all file formats are fully documented.
Use C callable libraries to create your own custom solutions.
Powerful new tollbars (import of data, processing, map layout).

Die Information kann im WWW abgerufen werden unter http://www.uni-karlsruhe.de/Uni/RZ/Software/Anwendungen/Grafik/ERmapper.html

Personalia

Herr Dipl.-Phys. Christian Braun ist seit dem 17.6.96 halbtags in der Abteilung Kommunikation beschäftigt. Im Rahmen seiner Tätigkeit wird er das Deutsche Network Information Center (DE-NIC) bei folgenden Aufgaben unterstützen: Hostmaster-Aufgaben Auftragsautomatisierung und -abwicklung Beantwortung allgemeiner Anfragen zur Domainvergabe Sein Arbeitsplatz befindet sich im Raum 205, Tel. 373723, Email: christian.braun@rz.uni-karlsruhe.de,  christian@nic.de.

Herr Manfred Altinger, staatlich geprüfter Elektrotechniker mit der Fachrichtung Datentechnik, ist seit dem 01.08.1996 in der Abteilung Technik beschäftigt. Er ist in erster Linie für den Ausbau und die Wartung des Glasfasernetzes zuständig sowie für die technische Mitarbeit im Wartungspool der Universität Karlsruhe. Sein Arbeitsplatz befindet sich im Raum -117, Tel. -2687, Email: manfred.altinger@rz.uni-karlsruhe.de.

Herr Dipl.-Math. Manfred Zimmermann ist seitdem 1.5.96 in der Abteilung Technik taetig. Herr Zimmermann ist zustaendig fuer die Bereiche Internet und World Wide Web (WWW) an der Landesbildstelle Baden sowie fuer die Administration des WWW-Servers der nordbadischen Schulen. Sein Arbeitsplatz befindet sich im Raum 001.2, Tel. -4041, Email: manfred.zimmermann@rz.uni-karlsruhe.de.

Tips und Tricks

Mit Cut & Paste zum Klammeraffen ...

Wenn man versucht, in Netscape unter X-Windows auf einer deutschen Tastatur das “@”-Zeichen einzugeben (Alt-Gr Q), so wird dieses von Netscape als Quit-Befehl interpretiert und folglich das Programm beendet.

Als Abhilfe das Zeichen aus einem anderen Fenster mit Cut & Paste kopieren.