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Overview


Die Gruppe entwickelt, analysiert und implementiert numerische Verfahren für Systeme partieller Differentialgleichungen und von Algebro-Differentialgleichungen und wendet diese auf praktische Problemstellungen an.   The group develops and implements numerical methods for systems of partial differential equations and differential-algebraic equations, analyzes these methods, and applies them to practical problems of interest.
Externe Kooperationspartner der Gruppe sind Forschungsinstitute der Max-Planck-Gesellschaft und der Leibniz-Gemeinschaft sowie ALSTOM (Switzerland) Ltd.   External cooperation partners of the group are research institutes of the Max Planck Society
and the Leibniz Association as well as ALSTOM (Switzerland) Ltd.
Im Jahre 2004 konzentrierte sich die Gruppe auf Forschungen und Anwendungen auf folgenden Gebieten:   During 2004, the group focused on research and applications for several problem classes:
  • Numerische Lösung nichtlinearer Systeme von Konvektions-Diffusions-Reaktionsgleichungen auf der Basis des Finite-Volumen-Verfahrens. Ein Beitrag der Gruppe zu diesem Gebiet war ein neuer Weg zur Herleitung von Finite-Volumen-Schemata für diese Problemklasse (siehe S. [*]).
 
  • Numerical solution of nonlinear systems of convection-diffusion-reaction equations based on the finite volume method. A new way for deriving finite volume schemes for problems of this class (see page [*]) has been a contribution of the group to this field in 2004.
Die Methode wurde erfolgreich in verschiedenen Kontexten angewendet, insbesondere für Halbleitergleichungen für das Design von DEPFET-Sensoren (siehe S. [*]) und - in Kooperation mit der Forschungsgruppe ,,Partielle Differentialgleichungen und Variationsgleichungen'' - für Phasenseparationsprobleme (siehe S. [*]).
 
The method has been successfully applied in various settings, namely in semiconductor device equations for DEPFET sensor design (see page [*]) and---in cooperation with the Research Group ``Partial Differential Equations and Variational Equations''---phase separation problems (see page [*]).
  • Lösung von sehr großen Systemen von Algebro-Differentialgleichungen für die Konstruktion von Gasturbinen. Der Simulator BOP wird für die industrielle Gasturbinen-Simulation durch ALSTOM (Switzerland) Ltd. genutzt (siehe S. [*]).
 
  • Solution of large-scale DAE systems in gas turbine engineering. The simulator BOP is in commercial use for industrial gas turbine simulation at ALSTOM (Switzerland) Ltd. (see page [*]).
  • Numerische Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen auf der Basis der Finite-Elemente-Methode. Die hauptsächlichen Anwendungen waren Flüssigkeiten mit freien Oberflächen in Tanks (siehe S. [*]) und die Simulation der Strömungsverhältnisse in der Schmelze bei der Czochralski-Kristallzüchtung (siehe S. [*]).
 
  • Numerical solution of the Navier-Stokes equations based on the finite element method. The two main applications have been fluids with free surfaces in tanks (see page [*]) and melt flow simulation in Czochralski crystal growth (see page [*]).
Weiterhin wurde die Robustheit des gemischten Finite-Elemente-Verfahrens für eine verallgemeinerte Stokes-Gleichung untersucht (siehe S. [*]).
 
Furthermore, the robustness of mixed finite element methods for a generalized Stokes equation has been investigated (see page [*]).
  • Numerische Simulation von Wellenleitern für Laser und Mikrowellen (siehe S. [*]).
 
  • Numerical simulation of microwave and laser waveguides (see page [*]).
  • Berechnung der elektronischen Bandstruktur von InAsSb-Multi-Quantum-Well-Lasern in Kooperation mit der Forschungsgruppe ,,Partielle Differentialgleichungen und Variationsgleichungen'' (siehe S. [*]).
 
  • Calculation of the electronic bandstructure of InAsSb multi quantum wells of in cooperation with the Research Group ``Partial Differential Equations and Variational Equations'' (see page [*]).
  • Dreidimensionale Delaunay-Gittergenerierung. Dieses Gebiet ist eng mit den Finite-Volumen-Verfahren verbunden. Verschiedene Verbesserungen wurden an dem Netzgenerator TetGen vorgenommen (siehe S. [*]).
 
  • Three-dimensional Delaunay mesh generation. This field is closely linked to the finite volume method. Several improvements have been contributed to the mesh generator TetGen (see page [*]).
  • Lineare Löser für schwach besetzte lineare Gleichungssysteme sind wesentlich für alle oben genannten Probleme. Beträchtliche Anstrengungen wurden unternommen, um den parallelen direkten Löser PARDISO zu verbessern. (siehe S. [*]).
 
  • Linear solvers for sparse matrix problems. These are a key component in all applications mentioned above. Considerable effort went into the improvement of the parallel sparse direct solver PARDISO (see page [*]).


Die Integration einzelner Komponenten für die numerische Lösung von Systemen partieller Differentialgleichungen in eine konsistente Softwareumgebung ist das Ziel des pdelib-Projekts (siehe S. [*]).

 


The integration of particular components for the numerical solution of systems of partial differential equations into a consistent software environment is the aim of the pdelib project (see page [*]).

Verschiedene Anwendungsprojekte benutzen inzwischen die neuentworfene Programmierschnittstelle pdelib2 (siehe S. [*] und S. [*], MATHEON/C1) oder Teile davon (siehe S. [*] und S. [*]). Dieses Projekt ist ein Schlüsselprojekt der Gruppe. Es vereinigt neue Entwicklungen aus den oben genannten Forschungsgebieten und ist damit ein schneller Weg, diese Resultate innerhalb und außerhalb des WIAS anwendbar zu machen.   Several projects now use the newly designed pdelib2 API (see pages [*] and [*], and MATHEON/C1) or parts of it (see pages [*] and [*]). The pdelib project is a key project of the group. It incorporates achievements of the research topics listed above. It is a direct and fast way to make these results applicable in and outside WIAS.
Die Gruppe unterstützt andere Projekte des Instituts mit ihrem Wissen zur Visualisierung (siehe S. [*]) und numerischen Analysis.   The group supports other projects of the institute with know-how concerning visualization (see page [*]) and numerical analysis.
Prof. E. Bänsch, Leiter der Gruppe seit 2000, hat einen Ruf an die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg angenommen.   Prof. E. Bänsch, head of the group since 2000, accepted a call to the Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.


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2005-07-29