Strömungsvisualisierungen mit Hilfe von Engineering Fluid Dynamics

Warmfront aus dem Simulator

Strömungsverhältnisse um einen Tischventilator Exklusiv in KEM Der Autor Dr. Ivo Weinhold ist Produktmanager bei der Nika GmbH, Frankfurt/M.
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Wärme- und Strömungsberechnungen werden in einigen Betrieben schon rechnergestützt betrieben, aber mit der EFD-Software lässt sich die Effizienz noch erhöhen. Während der Rechner Routinearbeiten übernimmt, kann sich der Ingenieur auf anspruchsvollere Tätig-keiten konzentrieren.

Untersuchungen von Wärme- und Strömungsübertragungsvorgängen mit Hilfe von Computersimulationen haben sich schon in vielen Unternehmen jeder Größenordnung einen festen Platz erobert. Die Technologien des Engineering Fluid Dynamics (EFD) ermöglichen die technisch und wirtschaftlich sinnvolle Einbindung von Strömungssimulationen direkt in den Produktentwicklungsprozess.

Dadurch werden Unternehmen in die Lage versetzt, viele Routineberechnungen für Strömung und Wärmeübertragung in Entwicklungs- und Konstruktionsabteilungen durchzuführen. Die Spezialisten in der Berechnungsabteilung werden dadurch entlastet und können sich auf anspruchsvolle Aufgaben aus Forschung und Grundlagenentwicklung konzentrieren. Die Engineering Fluid Dynamics-Technologie bietet aber vor allem jenen Unternehmen, die aus den unterschiedlichsten Gründen bisher noch keine Strömungssimulationen durchführen, erstmals eine sinnvolle Möglichkeit zur Nutzung dieses modernen Entwicklungswerkzeugs.
Strömungsberechnung aus CAD-Daten
Eine Strömungssimulation erfordert typischerweise vier Arbeitsschritte: Zunächst sollten alle erforderlichen geometrischen und physikalischen Eingangsdaten beschafft werden. Für das Geometriemodell stehen in der Regel 3D-CAD-Daten der zu untersuchenden Konstruktionsvariante zur Verfügung. Eine spezielle EFD-Technologie ermöglicht, dass diese Daten direkt für Strömungsberechnungen genutzt werden können, ohne den internen Strömungsraum als eigenständiges Bauteil separat modellieren zu müssen.
Weitere Varianten können ebenfalls direkt im 3D-CAD erzeugt werden, da die EFD-Software deren Funktionen zur Variantenkonstruktion wie zum Beispiel Konstruktionstabellen oder Family Tables direkt unterstützt. Damit wird etwa die Bestimmung von Durchflusskennlinien von Armaturen weitgehend automatisiert.
Modelldaten werden definiert und erfasst
Im nächsten Schritt erfolgt die Definition der strömungsphysikalischen Modelldaten. Die Eingabe der erforderlichen Basisdaten wird in der Regel durch Eingabeassistenten unterstützt. Danach müssen noch die Strömungsbedingungen an den Modellöffnungen und eventuell – je nach Aufgabenstellung – weitere Angaben wie Wärmeleistung, Wandtemperaturen, Lüfterkennlinien, Filter etc. definiert werden.
Die automatisierte Berechnung aller definierten Modellvarianten führt die EFD-Software im Batch-Run-Modus durch. Die Software erzeugt dafür selbständig für jedes Projekt ein adaptiv an die physikalischen und geometrischen Gegebenheiten angepasstes Rechengitter und löst die entsprechenden Strömungsgleichungen mit einem modernen numerischen Solver. Ein Monitor gibt ständig Auskunft über den aktuellen Stand der Berechnung und zeigt außerdem frei definierbare Vorschaubilder auf das Ergebnis.
Ingenieurwissen für den letzten Schritt
Im letzten Arbeitsschritt, der Ergebnisauswertung, ist der Ingenieur mit seinem Fachwissen besonders gefragt. EFD-Software bietet eine Vielzahl von grafischen Visualisierungsmöglichkeiten, um direkt interaktiv am 3D-CAD-Modell die Simulationsergebnisse anschaulich darzustellen. Aber auch die ingenieurgemäße Auswertung der ermittelten Zahlenwerte erfolgt sehr effizient durch die automatische Nutzung der Office-Programme MS Excel und MS Word.
EFD-Simulationssoftware für Strö- mungen und Wärmeübertragung wurde speziell für die tägliche Arbeit von Ingenieuren entwickelt. Sie bietet die Möglichkeit, Strömungsberechnungen bereits zu sehr frühen Zeitpunkten im Konstruktionsprozess einzusetzen und dadurch aktuell zum jeweiligen Änderungsstand der Konstruktion einen detaillierten, anschaulichen Einblick in die strömungs- und wärmetechnischen Eigenschaften zu bekommen, der auf anderem Wege in der Praxis nicht realisierbar wäre.
Halle 16, Stand F09
EFD.Lab KEM 553
EFD.V5 KEM 554
EFD.Pro KEM 555
Nika-Produktpalette KEM 556

Computational Fluid Dynamics. An Introduction von John F. Wendt; Kurzbeschreibung:The book provides an elementary tutorial presentation on computational fluid dynamics (CFD), emphasizing the fundamentals and surveying a variety of solution techniques whose applications range from low speed incompressible flow to hypersonic flow
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