Zur Neuentwicklung vieler Materialien und zur Analyse bestehender Materialien ist es entscheidend Strömungsphänomene sowie thermische oder elektrische Leitfähigkeitsprozesse zu verstehen. Viele dieser wichtigen physikalischen Eigenschaften werden mit den Modulen FlowDict und ConductoDict in GeoDict berechnet. Unter anderem werden Eigenschaften wie die Luft- und Wasserdurchlässigkeit in Geweben, der Druckverlust in Filtermedien, die absolute Durchlässigkeit von digitalen Gesteinen oder die Wärmeleitfähigkeit in Gasdiffusionsschichten auf Knopfdruck berechnet.

Der LIR-Löser in GeoDict ist der modernste Löser für Strömungs- und Leitfähigkeitsssimulationen. Er ist ein sehr schneller und speichereffizienter iterativer Finite-Volumen-Löser. Dieser einzigartige Löser verwendet ein adaptives Gitter anstelle eines regulären Gitters, das die Anzahl der Gitterzellen deutlich reduziert. Dabei werden die Poren als unterschiedlich große quaderförmige Zellen repräsentiert. Der Porenraum wird in Bereichen mit geringen Geschwindigkeits- und Druckschwankungen vergröbert, wobei die ursprüngliche Auflösung in der Nähe der Festkörperoberflächen und in Bereichen mit schnellen Geschwindigkeits- und Druckschwankungen erhalten bleibt.

GDL-Strukturmodell mit Wärmefluss in den Fasern dargestellt

Der LIR-Löser wurde zur Lösung laminarer Strömungen nach den Stokes-Gleichungen erstmals in GeoDict 2014 als vierte Löser-Generation in FlowDict eingesetzt. In GeoDict 2015 wurde der LIR-Löser weiterentwickelt, um Mehrskalenprobleme mit den Stokes-Brinkman-Gleichungen zu lösen. Seit GeoDict 2017 können auch schnelle Strömungen mit den Navier-Stokes- oder Navier-Stokes-Brinkman-Gleichungen gelöst werden. In der aktuellen GeoDict 2018 Version wird die Adaptive Grid-Methode des LIR-Lösers als Kompressionsverfahren für Geschwindigkeits- und Druckdateien verwendet und erlaubt Kompressionsraten von bis zu 90% und mehr auf der Festplatte.

Das kommende GeoDict 2019 übertrifft jedoch alle bisherigen Versionen. Zur Lösung von Diffusion, thermischer und elektrischer Leitfähigkeit ist der LIR-Löser jetzt nicht nur in dem Modul FlowDict, sondern auch in den Modulen DiffuDict und ConductoDict verfügbar. Für die Simulation komplexer, richtungsabhängiger Leitfähigkeitsphänomene stehen isotrope, transversal isotrope, orthotrope und anisotrope Materialmodelle zur Verfügung. Um den unvollständigen Kontakt zwischen zwei Objekten oder zwischen Objekten und ihrer umgebenden Matrix zu modellieren, kann nun der Kontaktwiderstand im LIR-Löser und dem Explicit Jump (EJ)-Löser berücksichtigt werden. Der Wärmefluss einer Wärmeleitfähigkeitssimulation auf einer Gasdiffusionsschicht (GDL) ist im folgenden Bild dargestellt. Hier wurde der LIR-Löser zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit auf einem Strukturmodell aus transversalen isotropen Fasern und isotropem Bindemittel eingesetzt.

Gesamtlaufzeit in FlowDict von GeoDict 2019 im Vergleich zu früheren GeoDict® Versionen

Noch sensationeller ist die neuartige Multigrid-Methode, die im LIR-Löser in GeoDict 2019 implementiert wurde, um Berechnungen deutlich zu beschleunigen und die Laufzeit zu reduzieren. Der Multigrid-LIR verwendet mehrere gröbere adaptive Gitter, um das Konvergenzverhalten zu beschleunigen und benötigt dafür nur wenig mehr Speicher als der herkömmliche LIR-Löser. Der Multigrid-LIR löst ebenfalls die Stokes- und Stokes-Brinkman-Gleichungen in FlowDict sowie Diffusion, thermische und elektrische Leitfähigkeit in DiffuDict und ConductoDict. Die folgende Grafik zeigt die Stärke des Multigrid-LIR in GeoDict 2019 durch den Vergleich der Gesamtlaufzeit mit früheren GeoDict Versionen. Beim Vergleich von GeoDict® 2018 und GeoDict 2019 wird die Laufzeit für eine Stokes-Strömungssimulation, auf vier digitalen Gesteinen mit Porositäten von 9% bis 22% und 1024³ Voxeln, um über 50% reduziert.