Strömungssimulation
Mittels Strömungssimulationen lassen sich nicht nur einphasige Strömungsvorgänge berechnen, sondern auch Partikelströmungen, Mehrphasenströmungen und vieles mehr.
Sehen. Verstehen. Umsetzen
Das ist unser Leitgedanke. Denn nur wenn man genau weiß, was im Innern einer Strömung passiert, kann man mögliche Fehlerquellen erkennen und sein Produkt gezielt anpassen.
Nachfolgend stellen wir Ihnen einige Einsatzbeispiele von Strömungssimulation vor.
Die Anwendungsgebiete sind nahezu unbegrenzt.
Was ist Numerische Strömungssimulation?
Mittels numerischer Strömungssimulation (CFD: Computational Fluid Dynamics) lässt sich eine Vielzahl technischer Prozesse in den verschiedensten Industriezweigen detailliert untersuchen und anschaulich visualisieren.
Nach unserem Handlungsprinzip "sehen. verstehen. umsetzen." bietet die numerische Strömungssimulation somit die Möglichkeit "Messgrößen" zu gewinnen, wie sie zum heutigen Stand der Technik kein anderes Messsystem in vergleichbarer Form liefern kann. Selbst kritischste Prozesse mit hohem Sicherheitsrisiko oder z.B. irreversible Schadensfälle können auf diese Weise tiefgreifend untersucht werden.
Ob schnell und einfach, um kurzfristig Ergebnisse zur Einschätzung einer Situation zu erhalten oder ob wissenschaftlich fundiert zur möglichst genauen Realwertannäherung - wir beraten Sie gerne zu den Möglichkeiten und setzen Ihre Anforderungen und Wünsche transparent und kosteneffizient um.
Welche Einsatzgebiete gibt es?
Wir simulieren einfache bis hin zu sehr komplexen Vorgängen. Die Spannweite reicht z.B. von der reinen Rohrströmung zur Bestimmung der Geschwindigkeitsverteilung und des Druckverlusts über Mehrphasen- strömungen mit Phasenwechseln (wie sie z.B. im Armaturenbau auftreten) oder Nicht-Newtonsche Fluide wie Blut oder Zahnpasta, über chemische Reaktionen bei Verbrennungsprozessen, bis hin zu Wärmetransportphänomenen (z.B. zur Kühlung elektronischer Bauteile).
Sie interessieren sich mehr für Feststoffdurchströmungen, z.B. in Katalysatoren, Getreidetrocknern oder für poröse Medien, den Feststofftransport in Fluiden oder den daran gekoppelten Verschleiß infolge Erosion? Vielleicht ist Ihr Anwendungsfall auch eine Kombination der genannten Vorgänge?
Umso entscheidender ist es, für die optimale Lösung einzelne Einflussgrößen sichtbar zu machen.
Was ist mein Zugewinn?
- Kosteneffizienz durch verkürzte Entwicklungszeiten und weniger Prototypen
- Schnellere Marktpräsenz
- Qualitätssteigerung und –sicherung
- Tiefgreifendes Prozessverständnis
- Möglichkeit, physikalische Effekte isoliert zu betrachten
- Millionenfache „Messdaten“
- Erfassung von messtechnisch nicht oder schwer erfassbaren Größen
- Analysen von Schadensereignissen und Prognosen zu Gefahrenzuständen
Was lässt sich berechnen?
- chemische Reaktionen, Verbrennungsprozesse
- Erosion (Werkstoffabtrag)
- dynamische Systeme (moving-deforming mesh)
- FSI: Fluid-structure interaction (Interaktion CFD-FEM)
- Freistrom
- freie Oberflächen
- inkompressible und kompressible Strömung
- Kavitation
- Körperdurchströmungen, -umströmungen
- Konzentration, Konzentrationsverteilung
- laminare und turbulente Strömung
- Mehrphasenströmung mit Phasenübergang
- Mischvorgänge
- Nicht-Newtonsche Fluide (z.B. Blut)
- Partikelbahnen (Particle Tracking)
- Porosität, poröse Medien
- rotierende Systeme wie Ventilatoren, Mixer (frozen Rotor, sliding Mesh)
- stationäre und instationäre (transiente, zeitabhängige) Strömung
- Stofftransport, Partikelbahnen (Particle Tracking)
- Stromlinien
- Unterschall-, Überschallströmungen
- Wärmetransport: Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Konvektion (frei und erzwungen)
- zeitabhängige Randbedingungen (Zeitfunktionen, tabellarisch oder manuell am Fluidmodell)
- uvm.
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Darstellungsvariablen
- Dichte
- Druck (Absolutdruck, statischer Druck, Totaldruck, Druckgradienten (Druckverteilungen), Druckverluste)
- Dynamische Viskosität
- Geschwindigkeit (Geschwindigkeit, Geschwindigkeitsgradienten (Geschwindigkeitsverteilungen)
- Konzentrationen
- Kräfte (Auftrieb, Kraft allg.)
- Massen-, Volumenstrom
- Partikel (Partikelbahn, -größe, -massenstrom, -durchschnittstemperatur)
- Statische Enthalpie
- Statische Entropie
- Temperatur, Totale Temperatur, Temperaturgradienten (Temperaturverteilungen)
- Verschleiß, Abtrag (Erosion)
- Wandschubspannung
- Wärme (Wärmedurchgangskoeffizient, Wärmeleitfähigkeit, Wärmestrom, spezifische Wärmekapazität, Wärmeausdehnung)
- etc.
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Visualisierungsmöglichkeiten der Ergebnisse
- Einzelne Punkte (Punktuelle Berechnungsgrößen)
- Linien (Stromlinien)
- Flächen (einzelne Oberflächen, Oberflächen als Gruppe, freidefinierbare Schnittflächen und Konturen)
- Isoflächen (Flächen gleicher Werte)
- Isovolumen (Volumen gleicher Werte)
- Vektoren
- Partikelbahnverfolgung (Particle Tracking)
- Animationen (zeitliche Abfolgen)
- Datenreihen
- Tabellen (auch Auswertung Integraler Kennzahlen wie Antriebsleistung, Wirkungsgrad, etc.)
- Diagramme, Kennlinien
Beispiele
Pufferspeicher
Pufferspeicher werden für die Speicherung von Heizungs- und/oder Warmwasser verwendet. Auf dem Markt existiert mittlerweile eine ganze Reihe verschiedener Speichersysteme, bei denen man sich unterschiedliche Effekte zu Nutze macht.
Das Ziel ist eine stets optimale Bereitstellung der benötigten Warmwassermenge bei gleichzeitiger Minimierung der Wärmeverluste.
Ihr Zugewinn
- Untersuchung der zeitlichen Temperaturentwicklung
- Berechnung der Wärmeübertragungsleistung
- Darstellung der Strömungsverteilung
- Abbildung von Warmwasserschichtungen
Aerodynamik von Fahrzeugen
Bei Fahrzeugen auf Straße oder Schiene, sowie bei Flugzeugen in der Luft sind die aerodynamischen Eigenschaften maßgeblich für den Kraftstoffverbrauch, aber auch für die Fahr- bzw. Flugeigenschaften.
Mittels Strömungssimulationen lassen sich die resultierenden Kräfte auf die Fahr- bzw. Flugzeughülle im Detail berechnen, visualisieren und auf der Basis auch optimieren.
Ihr Zugewinn
- Ermittlung des cw-Wertes
- Berechnung des Anpressdrucks
- Untersuchung von Ablösungen und Schleppwirbeln
- Berechnung der Windlasten auf Anbaukomponenten
Filteranlagen und Absaugungen
Pufferspeicher werden z.B. für die Speicherung von Heizungs- und/oder Warmwasser verwendet. Auf dem Markt existiert mittlerweile eine ganze Reihe verschiedener Speichersysteme, bei denen man sich unterschiedliche Effekte zu Nutze macht.
Das Ziel ist eine stets optimale Nutzung der verfügbaren Wärmeenergie zur Senkung des Energiebedarfs.
Ihr Zugewinn
- Untersuchung des Staub-Eintrittsverhaltens
- Optimierung der Luftführung für gleichmäßige Behälter-Füllgrade
- Darstellung der Temperaturverteilung
Verbrennung in Schüttungen
Kalzinierungsprozesse stellen genaue Anforderungen an die benötigten Flammentemperaturen sowie die Temperaturverteilung innerhalb eines Ofens. Messungen sind unter den herrschenden Betriebsbedingungen nur sehr eingeschränkt möglich.
Mittels CFD-Simulation sind wir in der Lage, das Verbrennungs-verhalten innerhalb komplexer Schüttungen zu berechnen und zu visualisieren.
Für die Generierung der 3D-Schüttungsmodelle setzen wir ein im eigenen Hause entwickeltes Verfahren ein.
Ihr Zugewinn
- Abbildung des komplexen Verbrennungsverhaltens
- Erkennung von Hot-Spots
- Darstellung der Temperaturverteilung
Pasteurisierung von Lebensmitteln
Bei der Pasteurisierung von Lebensmitteln ist es entscheidend, dass der gesamte Inhalt auf eine vorgegebene Mindesttemperatur erwärmt wird. Dabei spielt die Zeit eine entscheidende Rolle, die sich durch verschiedene Temperierungsrichtungen spürbar beeinflussen lässt.
Sind die internen Strömungs- und Wärmeverteilungen bekannt, lassen sich Zeit und Kosten einsparen.
Ihr Zugewinn
- Darstellung der Strömungsgeschwindigkeiten
- Erkennung von Totgebieten und Cold-Spots
- Darstellung der Temperaturverteilung
Hallenlüftung und -Absaugung
Die Zielkriterien einer Be- und Entlüftung können sehr unterschiedlich sein. In Büroräumen wird die Einhaltung bestimmter Behaglichkeitskriterien angestrebt. In Produktionsräumen geht es hingegen eher um eine Einhaltung von Schadstoffkon-zentrationen in der Raumluft.
Beide Fälle lassen sich bereits während der Planungsphase mittels Simulation untersuchen. Sogar unter Berücksichtigung der Positionierung von Einrichtungsgegenständen u.ä.
Ihr Zugewinn
- Erkennung und Vermeidung von Zugluftstellen
- Behaglichkeitsbewertung
- Darstellung der Temperaturverteilung
Brenner und Fackeln
Die Zielkriterien einer Be- und Entlüftung können sehr unterschiedlich sein. In Büroräumen wird die Einhaltung bestimmter Behaglichkeitskriterien angestrebt. In Produktionsräumen geht es hingegen eher um eine Einhaltung von Schadstoffkon-zentrationen in der Raumluft.
Beide Fälle lassen sich bereits während der Planungsphase mittels Simulation untersuchen. Sogar unter Berücksichtigung der Positionierung von Einrichtungsgegenständen u.ä.
Ihr Zugewinn
- Berechnung des kiniematischen Reaktionsverhaltens
- Berechnung der Flammentemperatur
- Untersuchung des Durchmischungsverhaltens
Armaturen und Ventile
Pufferspeicher werden z.B. für die Speicherung von Heizungs- und/oder Warmwasser verwendet. Auf dem Markt existiert mittlerweile eine ganze Reihe verschiedener Speichersysteme, bei denen man sich unterschiedliche Effekte zu Nutze macht.
Das Ziel ist eine stets optimale Nutzung der verfügbaren Wärmeenergie zur Senkung des Energiebedarfs.
Ihr Zugewinn
- Berechnung von Druckverlusten
- Detektierung von Kavitationseffekten
- Berechnung der Armaturenkennlinie
Druckverlust in porösen Strukturen
Die Durchströmung poröser Strukturen kommt unter anderem in der Filtertechnik oder der Trocknungstechnik zum Einsatz. Je nach technischem Anwendungsfall dürfen meist maximal zulässige Druckverluste nicht überschritten werden.
In anderen Fällen wird im Gegenteil ein bestimmter Druckverlust gefordert, um z.B. den Austrittsvolumenstrom bei Sicherheitsventilen zu drosseln.
Mittels Simulation lassen sich vielfältige Szenarien untersuchen und die Geometrie perfekt auf die Anforderungen abstimmen.
Ihr Zugewinn
- Ermittlung des Druckverlusts
- Berechnung des Volumenstroms
- Untersuchung von Wärmeübertragungseffekten (Fluid/Feststoff)
