Projekte

Die Nutzung der Hochleistungsrechner der AHRP ist an ein Antragsverfahren gebunden. Folgende Projekte (Auswahl) wurden durch die AHRP und externe Wissenschaftler begutachtet und zur Nutzung der Hochleistungsrechner der AHRP berechtigt:

2014-16
DFT-Untersuchungen zum Verständnis von vibronischen Eigenschaften und kooperativen Effekten in Spin Crossover Nanoobjekten

TU Kaiserslautern / FB Physik / Prof. Dr. Volker Schuenemann

Spin Crossover Komplexe sind Moleküle, die mindestens zwei stabile Zustände mit unterschiedlichen magnetischen, optischen und thermodynamischen Eigenschaften haben. Diese Komplexe können durch Veränderungen in der Temperatur, im Druck oder durch Bestrahlen mit Licht zwischen den Zuständen hin- und hergeschalten werden. Das macht sie für den Bau von künftigen molekularen Speichermedien besonders attraktiv. Die Dichtefunktionaltheorie (DFT) bietet die Möglichkeit wichtige Eigenschaften solcher Komplexe zu berechnen, wie z.B. Normalschwingungen, elektronischen und vibronischen Energien sowie die vibronische Entropie. Aufgrund dessen ist es möglich auch thermodynamische Parameter wie z.B. die Gibbs Freie Energie für die entsprechenden Spinübergänge zu berechnen. Dadurch ist es möglich, ein energetisches Maß für die Kooperativitäten der Spinübergänge zu erhalten.

2014-14
Steigerung der Energieeffizienz bei Abwärmenutzung durch Optimierung von Strukturrohren

Hochschule Koblenz / FB Ingenieurwesen / Prof. Dr. Marc Nadler

Das Forschungsvorhaben befasst sich mit der Steigerung der Energieeffizienz der Abwärmenutzung bei Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen und industriellen Prozes-sen. Um dies zu erreichen, sollen Strukturrohre anstelle von Glattrohren in Abgas-wärmeübertragern eingesetzt werden. Strukturrohre sind Rohre, die eine auf der Innen- und/oder Außenseite verformte Oberfläche aufweisen. Dies sind z.B. innenberippte Rohre, Drall- oder Dellrohre. Die Verformungen verursachen Störungen der Strömung (Ablösungen, Turbulenzen), die den Wärmeübergang positiv beeinflussen. Das strömungsmechanische und thermodynamische Verhalten der Strömung soll untersucht und die beeinflussenden Mechanismen quantifiziert werden. Durch die kompaktere Bauweise – ein ressourcenschonender Effekt – wird eine maximale Energieausbeute bei einem beschränkten Bauraum realisiert. Die geplante Optimierung führt zur maximalen Energieeffizienz und damit unmittelbar zur Minimierung des CO2-Ausstoßes.

2014-15
Entwicklung und Implementierung effizienter Decodieralgorithmen für lineare Blockcodes

Universität Koblenz-Landau / FB Mathematik / Prof. Dr. Stefan Ruzika

Fehlerkorrigierende Decodierverfahren spielen in Kommunikationssystemen eine zentrale Rolle. Die theoretisch beste nachrichtentechnische Performanz erzielt die Maximum- Likelihood(ML)-Decodierung mit Zuverlässigkeitsinformation. Für Codes mit dünnbesetzten Parity-Check-Matrizen kann mit iterativen Heuristiken eine nachrichtentechnische Performanz nahe der ML-Decodierung erreicht werden. Klassische Codes mit dichten Parity- Check-Matrizen (z.B. Reed-Solomon(RS)-Codes) können mit den aktuellen iterativen Heuristiken nur mit sehr großem Aufwand decodiert werden. Effiziente Hardwarerealisierungen existieren bisher nicht und werden nur dann möglich sein, wenn bereits beim Entwurf von Algorithmen auf eine geringe Hardwarekomplexität geachtet wird. Ziel des Antrags ist die Herleitung und Implementierung von Decodieralgorithmen mit einer nachrichtentechnischen Performanz beweisbar nahe der ML-Schranke. Um dieses Ziel zu erreichen modellieren wir die ML-Decodierung linearer Blockcodes als ganzzahliges Optimierungsproblem. Wir entwickeln neue Lösungsmethoden aus dem Bereich der mathematischen Optimierung und berücksichtigen dabei Bedingungen, die eine effiziente Hardwarerealisierung diktiert. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht im Entwurf neuer Decodierverfahren, die drei Bereiche vereinen: iterative Heuristiken der Nachrichtentechnik, Realisierbarkeit hinsichtlich effizienter Hardwareimplementierung und Methoden der mathematischen Optimierung.

2012-14
Large Scale Flow Visualization and Analysis

TU Kaiserslautern / FB Informatik / Juniorprof. Dr. Christoph Garth

We develop and evaluate a novel methodological framework for scientific visualization of large-scale vector fields with modern, so-called integration-based methods that rely on the analysis of particle trajectories. They will make efficient use of parallel architectures such as clusters and supercomputers to allow researchers in science and industry to visualize, analyze and understand the processes described by large vector field data from simulation or measurement. (The project is funded in the form of a EU FP7 Marie Curie People Career Integration Grant and includes one full-time PhD student.)

2012-15
Parallel two-component MP2

TU Kaiserslautern / FB Chemie / Prof. Dr. Christoph van Wüllen

Second-order Møller-Plesset perturbation theory (MP2) is the most economic way to include electron correlation in a truely ab initio way on top of a Hartree-Fock calculation. In this project we want to extend our work in combining this with quasirelativistic two- component Hartree-Fock calculations that include spin-orbit coupling self-consistently. For larger systems one cannot do the first half-transformation on a single compute node without using secondary storage (i.e., external disks). We are working on a massive parallel MPI implementation that distributes the data cleverly across the nodes and thus is able to to the integral transformation in-core.

2012-15
Numerische und experimentelle Untersuchungen der instationären Strömungsphänomene in Seitenkanalpumpen

TU Kaiserslautern / FB Maschinenbau und Verfahrenstechnik / Prof. Dr.-Ing. Martin Böhle

Mit Seitenkanalmaschinen werden Flüssigkeiten der chemischen, petrolchemischen, lebensmitteltechnologischen Industrie, um nur einige Bereiche zu nennen, gefördert. Es ist allgemein bekannt, dass Seitenkanalpumpen im Vergleich mit anderen Pumpenarten einen schlechten Wirkungsgrad und zusätzlich ein schlechtes akustisches Verhalten besitzen. Mit dem Vorhaben soll ein Beitrag geleistet werden, die Strömungsphänomene zu verstehen, so dass sowohl der Wirkungsgrad als auch die Akustik der Seitenkanalmaschinen verbessert werden können. Es sollen mehrer Pumpen experimentell und numerisch untersucht werden. Um die instationären Strömungsvorgänge in der Pumpe zu verstehen, werden umfangreiche CFD-Simulationen verschiedener Betriebspunkte von Geometrievarianten durchgeführt.

2012-14
Investigation of Supersolid phases on triangular and Kagome lattices using DMRG

TU Kaiserslautern / FB Physik / Prof. Dr. Sebastian Eggert

A bosonic supersolid phase is characterised by the coexistence of two seemingly contradictory order parameters, a solid crystalline order and a superfluid density. This reflects the spontaneous breaking of two independent symmetries, namely translation and a U(1) gauge rotation, which are also known as diagonal and off-diagonal order, respectively. The simultaneous breaking of two independent symmetries in the supersolid phase is counter-intuitive and unusual, because normally a spontaneously broken order locks the system into a single phase. For frustrated couplings, QMC cannot be used because of the sign problem, leaving DMRG as the only suitable numerical method.

2012-14
Quantum chemical calculations on magnetic properties of multinuclear transition metal clusters

TU Kaiserslautern / FB Chemie / Prof. Dr. Christoph van Wüllen

Based on quantum chemical calculations, we shall develop concepts for a rational design of transition metal compounds with high magnetic anisotropy, high spin and strong exchange couplings. To this end, the different properties of light and heavy transition metals cooperate within multinuclear heterometallic transition metal complexes. We will focus on structural motifs which are amenable to experimental realization (synthesis). Smaller model systems allow for wave function based ab initio calculations which will be useful for the validation and calibration of density functional approaches that have to be used for the very large systems.

2011-15
Festkörperphasenübergänge an Oberflächen

TU Kaiserslautern / FB Physik / Prof. Dr. Herbert Urbassek

Die atomistische Natur von diffusionsfreien („martensitischen“) Festkörperphasenübergängen ist Gegenstand intensiver Forschung. Ein wesentliches Problem bei ihrer Modellierung besteht in der Bereitstellung adäquater interatomarer Wechselwirkungspotenziale, die die Physik und Thermodynamik von Phasenübergängen realistisch inkorporieren. Diese stehen nun für einige Metalle (z. B. Fe, Zr, aber auch Legierungen wie Ni-Al) zur Verfügung. Somit kann der Mechanismus des Phasenübergangs sowie seine Abhängigkeit von externen Parametern (Druck, Temperatur, Vorspannungen, Defekte, etc.) mithilfe atomistischer Simulationen untersucht werden. Phasenübergänge können dabei in dimensional eingeschränkten Systemen andere Umwandlungswege nehmen und auch anders auf externe Parameter reagieren als im Volumen. Beispiele hierfür finden sich in Nanopartikeln, aber auch in Nanodrähten; in diesen Systemen werden finite size Effekte bedeutsam. Ebenso weicht die Dynamik von Phasenübergängen an Oberflächen von ihrem Verlauf im Volumen ab, da die freie Oberfläche neue Umwandlungswege ermöglicht. Das Vorhaben soll daher die Mechanismen und die Dynamik dieser Phasenübergänge für Eisen und Stahl insbesondere an Oberflächen untersuchen und mit dem Verhalten im Volumen kontrastieren. Hierzu soll der martensitische Phasenübergang an Oberflächen und in dünnen Schichten als Funktion der Temperatur und der lateralen Verspannung simuliert sowie der Einfluss von Defekten und der Materialmikrostruktur bestimmt werden. Sensitivitätsanalysen zur Wahl des interatomaren Wechselwirkungspotenzials für elementares Eisen sowie eine Ausweitung auf das Fe-C System sollen die Untersuchungen abrunden. Aus den berechneten atomistischen Größen sollen geeignete Parameter für die mesoskopische Phasenfeldmodellierung gewonnen werden.

2011-14
Proteinadsorption auf Oberflächen: Vergleichende Charakterisierung durch Simulation und Experiment

TU Kaiserslautern / FB Physik / Prof. Dr. Herbert Urbassek

Atomistische Molekulardynamik-Simulationen sollen Aufschluss über den Verlauf der Adsorption von Proteinen auf medizinisch relevante Oberflächen liefern. Diese Informationen werden mit experimentellen Daten verglichen, um eine umfangreiche Charakterisierung der grundlegenden Prozesse bei der Proteinadsorption durchzuführen.