CFD Simulation

Das Strömungsverhalten und die thermisch-fluiddynamischen Wechselwirkungen werden mithilfe fortschrittlicher CFD-Methoden bewertet – mit dem Ziel, Leistung, Lebensdauer und Betriebssicherheit zu verbessern. Zum Leistungsspektrum gehören stationäre und instationäre Simulationen, die Modellierung von Mehrphasenströmungen (VOF, Euler, DPM), gekoppelte Wärmeübertragung (CHT) sowie turbulenzauflösende Verfahren. Die Methoden sind branchenübergreifend und für verschiedenste Strömungsregime einsetzbar – von inneren Kühlkanälen und Rohrleitungen bis hin zur äußeren Aerodynamik und Strömungen mit mitgerissenen Feststoffen oder Tropfen. Sie ermöglichen detaillierte Einblicke in Wärmeübergang, Druckverluste, Phaseninteraktionen und transiente Effekte.

Schlüsselkompetenzen

Stationäre und instationäre Strömungssimulationen
Multiphase modeling — free surface, dispersed phase, and particle tracking for gas-liquid, solid-liquid, or spray flows (VOF, DPM, Eulerian)
Turbulenzmodellierung – für verschiedenste Strömungsregime von stationären Industrieanwendungen bis zu komplexen instationären Wirbelstrukturen
Erosion, Ablagerung und Partikelverfolgung
Gekoppelte Wärmeübertragung (CHT) – Kopplung von Fluid- und Festkörpertemperaturfeldern
Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) – Simulation strömungsinduzierter Kräfte und struktureller Verformung
Strömungsoptimierung – Reduktion von Druckverlusten, Verbesserung der Kühlleistung und leistungsorientierte Designverfeinerung

Weitere Informationen

Stationäre und instationäre Strömungssimulationen

Bewertung des Strömungsverhaltens unter konstanten oder zeitlich veränderlichen Bedingungen zur Erfassung von Druckverlusten, Rückströmungen, Wärmeübertragung und der zeitlichen Entwicklung des Strömungsfelds.
Beispiel: Analyse von Druck- und Geschwindigkeitsfeldern in einem Abgas-Umschaltklappenmodul unter verschiedenen Lastzuständen.

Erosion, Ablagerung & Partikelverfolgung

Verfolgt Feststoffpartikel im Strömungsfeld zur Bewertung von Erosions-Hotspots, Ablagerungszonen oder Austragraten.

Beispiel: Erosionsbewertung durch Sandpartikel an einem Regelventil im Abstrom eines Gaskompressors.

Turbulenzmodellierung

Erfasst oder modelliert Turbulenzeffekte über ein breites Spektrum von Strömungsbedingungen – von gleichmäßigen Kanalströmungen bis hin zu abgelösten oder rotierenden Strukturen.

Beispiel: Entwicklung einer Wirbelströmung in einem Abgasdiffusor und deren Einfluss auf die Druckverteilung stromabwärts.

Mehrphasenströmung (Freie Oberfläche, verteilte Phasen, Spray)

Simuliert die Wechselwirkung zwischen nicht mischbaren Fluiden oder zwischen Fluiden und Partikeln/Tropfen zur Abbildung von Phasengrenzen, Verteilungen und Trenneffekten.

Beispiel: Durchmischung von Kraftstoff, Oxidationsmittel und Luft in einer Brennkammer zur Untersuchung des Einspritzverhaltens über einer Prallplatte – simuliert mit der Volume-of-Fluid-(VOF)-Methode und Übergang zum Discrete-Phase-Model-(DPM). Die Analyse erfasst die Bildung des Flüssigkeitsfilms sowie dessen Ausdünnung und anschließenden Zerfall.

Gekoppelte Wärmeübertragung (CHT)

Koppelt Festkörper- und Fluidbereiche zur Simulation von Temperaturverteilungen und Wärmeströmen unter konvektiven und leitungsbasierten Belastungen.

Beispiel: Analyse der Kühlleistung eines innengekühlten Abgasgehäuses einer Turbine unter maximaler thermischer Last.

Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)

Koppelt Strömungsdynamik und Strukturverformung, um druckinduzierte oder thermisch bedingte Belastungen und die daraus resultierende strukturelle Antwort in Echtzeit zu bewerten. Besonders relevant in Anwendungen, bei denen sich Fluidkräfte und strukturelle Auslenkungen dynamisch gegenseitig beeinflussen.

Beispiele:

Erzwungene Antwortanalyse (Forced Response Analysis): Strukturelle Spannungsbewertung einer Klappe in einem Abgas-Umschaltmodul unter zeitlich veränderlichen aerodynamischen Lasten aus instationärer CFD. Die Druckfelder werden – nach FFT-Auswertung – auf die Struktur gemappt, um Schwingungsspannungen und Ermüdungsrisiken zu bewerten.
Quasistatische Spannungsbewertung: Festigkeitsnachweis einer Klappe unter maximalem Druckprofil aus stationärer CFD im Volllastbetrieb. Dient der Abschätzung von Spannungen und Verformungen ohne Berücksichtigung zeitabhängiger Effekte.