Strömungsmechanik

Funktion

Funktion

Strömungsmechanische Analysen mittels CFD (Computational Fluid Dynamics) dienen hauptsächlich dem Zweck, das Verhalten von Flüssigkeits- und Gasströmungen zu simulieren. Das Ergebnis ist eine Vielzahl von physikalischen Größen wie Druck, Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen, um nur einige zu nennen.

Auch hier wird, wie bei FEM, 3D CAD Geometrie als Input benötigt. Wie viele Details davon, hängt ganz von der Aufgabenstellung ab. Grundsätzlich stellen CFD-Berechnungsgitter sehr hohe Anforderungen an die Qualität und Feinheit der Auflösung, deshalb bestehen diese im Allgemeinen auch aus wesentlich mehr Zellen als FEM-Netze. Nach der Vernetzung erfolgt die Definition der Randbedingungen und die Lösung des Simulationsmodells.

Die Lösungszeiten für CFD-Modelle sind im Vergleich zu System Simulation, MKS und FEM am längsten. Grund dafür sind oft transiente Simulation mit kleinen Zeitschritten, große Berechnungsgitter mit vielen Zellen und je nach Physik eine hohe Anzahl an Gleichungen, die für jede Zelle gelöst werden müssen. Allerdings skaliert CFD hervorragend mit der Anzahl der Prozessoren und wir haben Zugriff auf entsprechende Ressourcen.

Manchmal bietet eine CFD Simulationen die einzige Möglichkeit, sich ein genaues Bild von einer Strömung zu machen, weil Messungen schwierig bis gar nicht möglich sind.

Unsere Simulations-Möglichkeiten

Steady-state und transiente Simulation

Steady-state (eingeschwungener Zustand) Analysen sind weniger aufwendig als transiente, aufgrund der Physik aber nicht immer möglich bzw. korrekt. Abhängig vom Untersuchungsgegenstand sind transiente Analysen oft auch zwingend erforderlich, wie z.B. bei einer In-Zylindersimulation eines Verbrennungsmotors.

Kompressible und inkompressible Medien

Wir führen Berechnungen der Strömung von Flüssigkeiten und Gasen, auch bei hohen Geschwindigkeiten und Drücken durch. Es gibt auch eine Reihe von Software-Tools am Markt, die sich auf die Simulation von dichten Partikelströmungen spezialisiert haben (DEM – Discrete Element Method), diese führen wir zur Zeit nicht durch.

Ein- und Mehrphasenströmungen

Berechnung von festen, flüssigen und gasförmigen Phasen, insbesondere die Gemischaufbereitung von Verbrennungsmotoren. Für spezielle verfahrenstechnische Berechnungen, z.B. komplexe, chemische Reaktionen in einem Reaktor, verfügen wir durch unsere langjährigen Kontakte über ein starkes Partnernetzwerk von Spezialisten. Zögern Sie nicht, Ihre Anforderungen mit uns zu besprechen.

Laminare und turbulente Strömung

ANSYS CFX® und Fluent® verfügen über eine Vielzahl von Turbulenzmodellen, mit dem wir nahezu jeden Anwendungsfall abdecken können.

Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion

Berechnung des Wärmeübergangs zwischen festen und flüssigen Körpern (Conjugate Heat Transfer – CHT). Ermittlung der Temperaturen und Übertragung auf die Strukturmechanik.

1- und 2-Wege Fluid Struktur Kopplung (FSI)

Wenn der Fluiddruck nicht ausreicht, um die Struktur so zu verformen, dass sich die Strömung ändert, reicht eine 1-Weg Kopplung. Z.B. Druck in einem Wärmetauscher und anschließende Spannungsberechnung.

Wenn der Fluiddruck so hoch ist, bzw. die Struktur so nachgiebig ist, dass sich dadurch das Strömungsgebiet ändert, muss eine 2-Weg Kopplung vorgenommen werden. Z.B. Schwingungen einer Membran.

Co-Simulation mit Systemsimulation

Möglich, aber aufgrund der sehr unterschiedlich langen Berechnungszeiten Systemsimulation zu CFD nicht die bevorzugte Variante. Wenn möglich, empfehlen wir auch hier eine CFD Simulation und anschließenden Import eines vereinfachten Verhaltensmodells über das FMI (Functional Mockup Interface) in die Systemsimulation. Wo diese Kopplung allerdings durchaus stattfindet, ist die 1D Ladungswechselrechnung von Verbrennungsmotoren mit einer CFD In-Zylindersimulation, mit dementsprechenden Computer-Ressourcen.

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