Strömungsanalyse und Strömungssimulation

Was ist CFD?

Reales Objekt -> Physikalisch-mathematisches Modell -> Simulationsergebnisse (Stromlinien)

Reales Objekt -> Physikalisch-mathematisches Modell -> Simulationsergebnisse (Stromlinien)


CFD ist die Abkürzung für Computational Fluid Dynamics. Mit der Einführung der digitalen Datenverarbeitung in Forschung und Industrie wurden die bis dahin am meisten verbreiteten Methoden der analytischen und experimentellen Strömungsanalyse zunehmend durch numerische Methoden ergänzt und zum Teil sogar ersetzt. Ziel der CFD ist, die Navier-Stokes-Gleichungen durch Diskretisierung auf ein Rechengitter in ein System algebraischer Gleichungen zu überführen, dieses Gleichungssystem zu lösen, die Strömung zu validieren und sichtbar zu machen.

 

Warum nutzen wir Strömungssimulation für unsere Kunden?

Mit dem kompetenten Einsatz der CFD durch hochqualifiziertes Personal bieten wir Ihnen die simulationsgestützte Lösung Ihrer Entwicklungsaufgaben und unterstützen Sie bei der Optimierung Ihrer Produkte. Das ist wesentlich schneller und kostengünstiger als eine Entwicklung oder Problemlösung mit der Trial-and-Error-Methode. Grundlage unserer Arbeit ist dabei ein hochaufgelöstes, virtuelles Strömungsfeld, welches dauerhaft zur Verfügung steht und nach unterschiedlichsten Gesichtspunkten ausgewertet werden kann.Auch Strömungsphänomene, die für Messungen nicht zugänglich sind, wie z. B. Schiffe und Flugzeuge in realer Größe, Explosionen, Strahlung oder Verunreinigungen können durch Anwendung der CFD zuverlässig und ohne Risiken für Mensch und Material simuliert werden.

 

Strömungsanalyse

Simulation der Rauchgasausbreitung an einem RoRo-Schiff

Simulation der Rauchgasausbreitung an einem RoRo-Schiff


Die diskrete Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen mit Hilfe der Finiten-Volumen-Methode liefert eine exakte Beschreibung des 3D-Strömungsfeldes. Informationen zu Geschwindigkeit, Druck, Temperatur und Konzentrationen liegen zu allen Zeitpunkten für alle Punkte des Rechengitters komplett vor und können ausgewertet werden.

 

Thermische Analysen

Temperaturverteilung in einem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff während des Aushärteprozesses

Temperaturverteilung in einem Bauteil aus Faserverbundwerkstoff während des Aushärteprozesses


Chemische Reaktionen

Chemische Reaktionen


Mit unseren Simulationswerkzeugen kann das wärmetechnische Geschehen z.B. in einem Bauteil und im umgebenden Fluid vorherbestimmt werden. Durch die physikalisch gesicherte Lokalisierung von Bereichen mit Überhitzungen und Zonen mit hohen Gradienten der Temperatur liegen detaillierte Informationen für eine Gewährleistung und gezielte Verbesserung der Bauteilqualität vor. Außerdem bilden die zeitabhängigen Temperaturfelder die Grundlage zur Simulation von Eigenspannungen bzw. des Bauteilverzugs.

 

Bewegung

Druckverteilung am Ruder-Propeller-Komplex eines Containerschiffes

Druckverteilung am Ruder-Propeller-Komplex eines Containerschiffes


Moderne CFD-Simulationswerkzeuge sind in der Lage die Bewegungen der Berandung des Fluidgebiets wie die Drehung eines Rotors, die Translationsbewegung des Kolbens in einem Motor oder die Schwenkbewegungen einer Tür und die damit verbundenen Auswirkungen auf das Fluidverhalten in verschieden hoch aufgelösten Modellierungsstufen zu berücksichtigen.

 

Phasenübergänge

Erstarrungszustand beim Guss einer Windradnabe

Erstarrungszustand beim Guss einer Windradnabe


Egal ob es sich in der Entwicklungsphase um die Erstellung des Werkzeugs, des Anguss- und Speisesystems handelt oder in der Serienproduktionsphase um die Optimierung des Gießprozesses bzw. die Verbesserung der Gussqualität geht, wir bieten Ihnen unter Einsatz modernster CFD-Simulationstools maßgeschneiderte Berechnungen und Analysen für Ihre speziellen Aufgabenstellungen an.

 

Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)

Belastungsanalyse an einem Kolben durch Kopplung von Strömungs- und thermischer Simulation mit der Bestimmung des Spannungszustands und der Deformation (FSI – 1-Weg-Kopplung)

Belastungsanalyse an einem Kolben durch Kopplung von Strömungs- und thermischer Simulation mit der Bestimmung des Spannungszustands und der Deformation (FSI – 1-Weg-Kopplung)


Häufig sind Bauteile dynamischen Belastungen ausgesetzt, die durch eine hinreichend große Deformierung der Struktur auch Rückwirkungen auf das Strömungsverhalten des umgebenden Fluides haben können und von selbsterregten, resonanten Instabilitäten begleitet sind. Ziel der kontinuierlichen Weiterentwicklung simulationsgestützter Entwurfswerkzeuge ist es, komplexe Wechselwirkungen zwischen Fluid und Struktur auf effiziente Weise in den computergestützten Designprozess einzubeziehen und dadurch bestimmte Phänomene einer systematischen Analyse zugänglich zu machen.

 

Explosion

Flammenfront bei einer Ölnebelexplosion in einem Großdieselmotor

Flammenfront bei einer Ölnebelexplosion in einem Großdieselmotor


  • Bildung explosionsfähiger Gasgemische
  • Zündquellen
  • Aktivierung
  • Auswirkungen
  • Schutzmaßnahmen
 
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