Charakteristikenmethode
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Vorteile der Charakteristikenmethode
Das von Dr. Kraft im Jahr 1994 entwickelte Programm, das für die dynamischen Druckstoßberechnungen verwendet wird, basiert auf der Charakteristikenmethode – einem der präzisesten numerischen Verfahren zur Berechnung instationärer Strömungsvorgänge in flüssigkeitsführenden Leitungssystemen.
In den für Stoßwellenvorgänge relevanten partiellen Differentialgleichungen werden die Orts- und Zeitkoordinaten über die positive und negative Wellenausbreitungsgeschwindigkeit – die sogenannten Charakteristiken – miteinander verknüpft. Dadurch lassen sich die partiellen Gleichungen in einen Satz gewöhnlicher Differentialgleichungen überführen, die anschließend mithilfe eines Differenzenverfahrens numerisch gelöst werden.
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Sicher erfüllte Stabilitätskriterien
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Flexible Anpassung an beliebige Anfangs- und Randbedingungen
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Möglichkeit zur Behandlung komplexer Leitungssysteme
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Hohe Anschaulichkeit und Förderung des physikalischen Verständnisses
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Schnelle Erkennung von Programmfehlern durch unplausible Ergebnisse
Die Methode erlaubt eine dynamische Darstellung der berechneten Druckschwingungen, wodurch Variantenuntersuchungen und die Dimensionierung von Druckstoßdämpfungsmaßnahmen gezielt und effizient durchgeführt werden können.
Da das zur Anwendung gelangende Computerprogramm von Dr. Jürgen Kraft selbst entwickelt wurde, kann auch auf neuartige Fragestellungen problemlos eingegangen werden. Außerdem werden in jedes Programm nur die Elemente aufgenommen, die zur Lösung des jeweiligen Anwendungsfalles nötig sind. Damit können auch sehr komplexe Aufgabenstellungen noch auf dem PC gelöst werden.
Diese Einheit von Programmentwicklung und Benutzung garantiert auch, dass der Blick für die zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge nicht verloren geht. Letztendlich kann nur derjenige die Ergebnisse richtig interpretieren und verantwortungsvoll in der Praxis umsetzen, der die Berechnungsgrundlagen und auch ihre Grenzen kennt.
IBS - Dr. Jürgen Kraft & Dipl.-Ing. Sabrina Richter