Anwendung von massiv paralleler Berechnung mit Grafikkarten GPGPU) für CFD-Methoden im Brandschutz

Abstract

Der Einsatz von Brandsimulationsprogrammen, die auf den Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD) beruhen, wird in der Praxis immer breiter. Infolge der Zunahme von verfügbarer Rechenleistung in der Computertechnik können heute die Auswirkungen möglicher Brandszenarien nachgebildet und daraus nützliche Informationen für den Anwendungsfall gewonnen werden (z. B. Nachweis der Zuverlässigkeit von Brandschutzkonzepten). Trotz der erzielten Fortschritte reicht die Leistung von heute verfügbaren Computern bei weitem nicht aus, um einen Gebäudebrand mit allen beteiligten physikalischen und chemischen Prozessen mit der höchstmöglichen Genauigkeit zu simulieren. Die in den Computerprogrammen zur Berechnung der Brand- und Rauchausbreitung implementierten Modelle stellen daher immer einen Kompromiss zwischen der praktischen Recheneffizienz und dem Detailgrad der Modellierung dar. Im folgenden Aufsatz wird gezeigt, worin die Ursachen für den hohen Rechenbedarf der CFD-Methoden liegen und welche Problemstellungen und möglichen Fehlerquellen sich aus den getroffenen Modellvereinfachungen für den Ingenieur ergeben. Darüber hinaus wird ein neuer Technologieansatz vorgestellt, der die Rechenleistung eines Personalcomputers unter Verwendung spezieller Software und handelsüblicher 3D-Grafikkarten massiv erhöht. Hierzu wird am Beispiel des Fire Dynamics Simulator (FDS) demonstriert, dass sich die erforderliche Berechnungszeit für eine Brandsimulation auf einem Personalcomputer um den Faktor 20 und mehr verringern lässt.