CFD Strömungssimulation

Funktionalität und Leistungsfähigkeit durch CFD Analyse erhöhen

Strömungen sind für viele Produkte relevant. Strömungsmaschinen funktionierten ausschließlich nach den Gesetzen der Fluiddynamik. Auch bei anderen Produkten spielen Strömungen im Umfeld oder im Inneren der Konstruktion eine wichtige Rolle.

OptimumOne setzt numerische Strömungssimulationen ein, um Strömungsvorgänge in den verschiedensten Anwendungsbereichen zu berechnen und zu optimieren. Die etablierte Methode wird auch „Computational Fluid Dynamics“ bzw. CFD-Berechnung genannt. Als zuverlässiger Dienstleister stellt OptimumOne die Ergebnisse der Strömungssimulation u. A. Geschwindigkeits-, Druck-, Dichte-, Konzentrations- und Temperaturverteilungen in einem Analysebericht bereit.

Mit Hilfe der CFD Simulation kann die Funktionalität und Leistungsfähigkeit Ihres Produktes gesteigert werden. Im Gegensatz zur Messung stellt die Strömungssimulation die Gesamtsituation dar und beschränkt sich nicht auf eine Analyse weniger Messpunkte. Die Simulation liefert daher einen tieferen Einblick in die physikalischen Abläufe als ein Versuch. Außerdem können Zeit- und Kosten für Prototypen reduziert werden.



CFD Analyse umströmter und durchströmter Konstruktionen

Strömungsverluste frühzeitig berechnen und optimieren


Viele Konstruktionen werden von Luft, Gas oder Flüssigkeiten umströmt oder durchströmt. Häufig hängt der Energieverbrauch von den Strömungsverlusten ab. Das CFD Ingenieurbüro OptimumOne berechnet Strömungsverluste an Ihrer Konstruktion bereits in einer frühen Entwicklungsphase.

Unsere Experten leiten aus den Ergebnissen der CFD Simulationen strömungsoptimierte Maßnahmen ab. Wir unterstützen Sie gerne dabei, Ihr Produkt durch strömungsoptimierte Konzepte energieeffizient zu gestalten.

Die CFD-Berechnungsingenieure von OptimumOne berücksichtigen bei der Durchführung einer Strömungssimulation die unterschiedlichsten Einflüsse:

  • stationäre und instationäre Strömungen
  • laminare und turbulente Strömungen
  • inkompressible und kompressible Strömungen

Produkte / Anwendungen:

  • Bestimmung von Druckverlusten und Widerstandbeiwerten von beliebigen Konstruktionen z.B.: Armaturen & Ventile, Hydranten, Dentalgeräte, Mannanströmer (KFZ)
  • Fahrzeugumströmung: Kraft- und Nutzfahrzeuge, Sportwagen, Tauchroboter
  • Durchströmung verschiedener Anlagen: Filteranlagen, Reaktoren, Kraftwerkskomponenten
  • Simulation Ladungswechsel Großmotoren
OptimumOne führt Strömungssimulation an einem Fahrradhelm durch
Strömungssimulation Fahrradhelm


OptimumOne berechnet und optimiert den Mannanströmer eines Belüftungssystems mit Hilfe von Strömungssimulationen
Mannanströmer Belüftungssystem Baggerkabine




Mehrkomponenten, Mehrphasen- und Partikelströmungen

CFD-Dienstleistungen liefern relevante Erkenntnisse zu Strömungsverhältnissen Ihrer Konstruktion


Nicht selten sind bei strömungsmechanischen Anwendungen mehrere Fluide oder Gase vorhanden. Lösen sich die Komponenten ineinander, so spricht man von einer Mehrkomponentenströmung. Dies tritt zum Beispiel bei der Vermischung von einem ausströmenden Gas mit Luft auf. Bei diesem Vorgang sind häufig die Konzentration (Vermischungsgrad), die zeitliche Dauer und Temperaturverteilung wichtige physikalische Größen.

Sind die Komponenten nicht ineinander löslich, wird dies als Mehrphasenströmung bezeichnet. Dies ist beispielsweise bei Wasser/Luft oder Öl/Wasser der Fall. Zwischen den Komponenten bilden sich Grenzflächen aus, welche in der CFD-Simulation als „freie Oberflächen“ bezeichnet werden. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Oberfläche von Wasser, die sich z.B. bei Schwappvorgängen bildet.

In manchen technischen Anlagen sind feste oder flüssige Partikel enthalten. Bei diesen Anlagen spielt oft die Abscheidung oder Ablagerung der Partikel eine wichtige Rolle.

Produkte / Anwendungen:

  • Rauchgasverteilungen
  • Mischvorgänge
  • Partikelablagerung und Partikelabscheidung (Abscheider, Zyklone)
  • Minimierung Verschleiß durch Partikel
  • CFD-Simulationen zur Vermeidung von Kavitation
  • Strömungssimulation Tankschwappen
  • Beölungssimulation Getriebe
  • Befüllungssimulation (Lufteinschluss vermeiden)
  • Simulation der Betankung von Fahrzeugbehältern
OptimumOne Strömungssimulation Wellenbelastung auf Offshore Plattform
Strömungssimulation Offshore Plattform


OptimumOne berechnet Strömung im WC und Toilettenspülung mit CFD-Simulation
CFD-Simulation Toilettenspülung




Strömungssimulation als Dienstleistung

Profitieren Sie durch die Strömungssimulationen von OptimumOne. Gewinnen Sie mit Hilfe unserer CFD-Simulation wichtige Erkenntnisse zu den Strömungsverhältnissen in Ihrer Konstruktion. Sparen Sie Prototypen, Zeit, Kosten und steigern Sie Ihre Produktqualität. Fragen Sie kostenfrei ein Angebot an. Wir beraten Sie gerne.



Strömungssimulation rotierender Maschinen

Zuverlässige CFD Berechnung von rotierenden Maschinen


Rotierende Strömungsmaschinen unterscheiden sich darin, ob an der Welle der Maschine mechanische Arbeit zu oder abgeführt wird. Während bei Turbinen die Energie des strömenden Fluids vermindert wird, um eine Welle anzutreiben, wird bei Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren die Welle angetrieben und die Energie des Fluids erhöht. Alle Maschinen haben jedoch eines gemeinsam: Das Ziel, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Mit Hilfe der Strömungssimulationen von OptimumOne können Sie Ihre rotierenden Maschinen zuverlässig berechnen und müssen größtenteils keine teuren Prototypen herstellen. Denn: Durch eine CFD Simulation werden Geometrievarianten in der Regel schneller und kostengünstiger bewertet als durch die Fertigung eines neuen Prototyps. Anhand der Ergebnisse lassen sich damit strömungsoptimierte Maßnahmen zur Erhöhung des Wirkungsgrades ableiten.

Die CFD-Dienstleistungen von OptimumOne umfassen folgende Strömungsanalysen an rotierenden Maschinen:

  • stationäre Berechnung (Frozen-Rotor-Methode)
  • transiente Analyse (Rotor-Stator-Interface)
  • inkompressible und kompressible Strömungen

Produkte / Anwendungen:

  • Arbeitsmaschinen: Propeller, Pumpen, Verdichter, Ventilatoren, Gebläse
  • Kraftmaschinen: Turbinen, Windkraftanlagen
  • Zentrifugen, rotierende Kondensatoren, Rührwerke
OptimumOne hat mittels CFD-Simulation eine Pumpe berechnet und optimiert.
CFD-Simulation Pumpe




Mit CFD-Analysen Wärmeübertragung und Temperaturfelder berechnen

Ungünstige Temperaturverteilungen frühzeitig verhindern


Sei es die Innenklimatisierung im Pkw, die Temperatur in einem elektronischen Bauteil oder die Kühlung eines Motors – bei allen Beispielen spielt die Wärmeübertragung durch Strömungen eine entscheidende Rolle.

Das Ingenieurbüro OptimumOne beschäftigt Experten auf dem Gebiet der technischen CFD Simulation & Analyse. Nutzen Sie für Ihre Firma unsere Expertise im Bereich der Temperaturfeldanalyse. Wir berechnen die Temperaturverteilung in Ihrem Produkt im Vorfeld und unterstützen Sie, falls Optimierungsmaßnahmen nötig sind. So können ungünstige Temperaturverteilungen, wie beispielsweise der Ausfall einer elektronischen Komponente durch Überhitzung vermieden werden.

Unsere Firma führt folgende thermische Strömungsanalysen durch:

  • Strömungen mit freier und erzwungener Konvektion
  • Wärmeleitung
  • Wärmestrahlung
  • stationäre und zeitlich veränderliche (transiente) Temperaturfelder
  • Berechnung thermischer Spannungen, Dehnungen und Verformungen

Produkte / Anwendungen:

  • Elektronische Geräte
  • Werkzeuge und diverse Maschinen/Anlagen
  • Industriebacköfen
  • Schwefelbehälter
  • Raumklimatisierung
  • Wassermantel Zylinderköpfe
  • Wärmetauscher
  • Batteriesysteme
OptimumOne ermittelt berechnet Temperaturfeld einer Elektronik Komponente mittels thermischer Strömungssimulation als Dienstleistung
thermische Strömungssimulation Elektronik Komponente




Optimierung durch CFD Simulationen

Optimierungspotenziale erkennen und nutzen


Mit Strömungssimulationen gewinnt man einen dreidimensionalen Einblick in komplexe Strömungsfelder. Es können Strömungsgeschwindigkeiten, Temperaturen, Drücke und viele weitere physikalische Größen berechnet werden. Durch die Visulisierung der Ergebnisse werden Problemstellen und Optimierungsmöglichkeiten sichtbar und ein Systemverständnis aufgebaut. Anhand dieser neuen Erkenntnisse lassen sich Optimierungsmaßnahmen ableiten, welche durch weitere CFD Analyse-Schleifen auf Ihre Wirksamkeit geprüft werden.

 

Effizienzsteigerung durch geringere Druckverluste

Relevante Druckverluste stellen sich häufig bei Richtungsänderungen (z.B. Krümmer), ungünstiger Strömungsführung mit Totgebieten/Verwirbelungen und an Strömungsvereinigungen bzw. -teilungen ein. Durch eine CFD-Analyse können Problemstellen mit einem hohen Druckverlust ermittelt werden. Nachfolgend wird der Druckverlust durch Einsatz von Leitelementen und/oder einer optimierten Geometrie herabgesetzt. Durch den reduzierten Druckverlust wird eine Effizienzsteigerung erzielt.

 

Strömungsgleichverteilung erzielen

Häufig werden durch Strömungsteilungen mehrere Systeme versorgt und hierbei ein Hauptmassenstrom in mehrere Kanäle aufgeteilt. Eine ungleichmäßige Aufteilung der Strömung kann dazu führen, dass die Anlage nicht richtig funktioniert. Durch CFD Strömungssimulationen können die Kanäle so optimiert werden, dass eine Gleichverteilung gegeben ist. Weiterhin ist bei vielen Anwendungen, wie z.B. bei der Anströmung von Katalysator- oder Filtermodulen, eine gleichmäßige Anströmung wichtig. Der „Uniformity Index (UI)“ wird hierbei als Maß für die Gleichverteilung angesetzt. Ein Design mit einer hohen Strömungsgleichverteilung kann anhand der Ergebnisse von CFD Simulationen abgeleitet werden.

 

Kavitation vermeiden

In Bereichen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten sinkt örtlich der statische Druck. Fällt dieser unter den Dampfdruck der Flüssigkeit entstehen Dampfblasen. Die Dampfblasen werden mit der Strömung mitgerissen und kondensieren bei Wiederanstieg des Druckes schlagartig. Dies führt zu hohen Druckspitzen, wodurch das angrenzende Material regelrecht zerfressen wird. Kavitation reduziert den Wirkungsgrad, kann zu mechanischen Schäden führen, starke Schwingungen auslösen und eine erhöhte Geräuschemission verursachen. Ein Austausch der durch Kavitation beschädigten Bauteile ist häufig kostspielig. Mit Strömungssimulationen werden kavitationskritische Bereiche zuverlässig ermittelt. Durch simulationsgestützte Geometrieoptimierung kann Kavitation reduziert und vermieden werden.

 

Überhitzung vermeiden, Temperaturfelder optimieren

Insbesondere bei elektronischen Komponenten wirkt sich eine zu hohe Temperatur negativ auf die Lebensdauer der Bauteile aus. Die Kühlung und Temperierung von Bauteilen spielt aber auch in anderen Bereichen eine wichtige Rolle. Details hierzu finden Sie im Bereich Wärmeübertragung, Temperaturfelder. Die Erkenntnisse aus einer CFD Simulation leisten einen entscheidenden Beitrag zur Optimierung von Temperaturverteilungen.

 

OptimumOne optimiert Industrieanlage mittels Strömungssimulation
Strömungssimulation Industrieanlage




OptimumOne führt CFD Strömungssimulationen mit ANSYS CFX und ANSYS Fluent durch. Beides sind High-Performance Computational Fluid Dynamics (CFD)-Softwarepakete, welche genaue Ergebnisse für eine Vielzahl von CFD- und Multiphysics-Anwendungen liefern.

Mithilfe der numerischen Strömungssimulation berechnet OptimumOne das strömungsmechanische Verhalten Ihrer Konstruktion. Typische Ergebnisse einer Strömungssimulation sind unter Anderem Geschwindigkeits-, Druck-, Dichte-, Konzentrations- und Temperaturverteilungen.

Strömungssimulationen liefern an jedem beliebigen Punkt des Rechenmodelles Ergebnisse, bei einem Versuch liegen meist nur wenige ausgewählte Messpunkte vor. Dadurch führen Strömungssimulationen zu einem besseren Systemverständnis als ein Versuch. Die hochwertigen Grafiken mit Berechnungsergebnissen können zu Visualisierungs- und Marketingzwecken eingesetzt werden. Die Kosten einer Strömungssimulation sind zudem meist deutlich geringer als eine Versuchsdurchführung an einem Prototyp. Durch Strömungssimulationen können Funktionalität und Leistungsfähigkeit Ihres Produktes gesteigert werden. Zudem werden durch die Simulation Zeit- und Kosten für Prototypen reduziert.

Referenzen zum Thema Strömungssimulation