Wärmeübertragung

Die thermische Leistungsfähigkeit und Integrität werden durch umfassende Bewertungen unter stationären und instationären Bedingungen sichergestellt. Zum Einsatz kommen fortschrittliche Simulationstechniken – einschließlich Wärmeleitung, Konvektion, Strahlungsmodellierung und gekoppelter Wärmeübertragung (CHT) – zur Abbildung von Temperaturverteilungen, Wärmestromdichten und thermischen Gradienten in komplexen Bauteilen und Baugruppen. Die Methode ist branchenübergreifend einsetzbar und unterstützt unterschiedlichste thermische Anwendungen. Sie integriert Fluid-Festkörper-Kopplung, örtlich variierende Randbedingungen und zeitabhängige Wärmebelastung – als Grundlage für ein zuverlässiges thermisches Design, die Prognose thermisch induzierter Spannungen sowie die Einhaltung betrieblicher Grenzwerte – von der frühen Entwicklung bis zur Prototypenvalidierung.

Schlüsselkompetenzen

Stationäre und instationäre thermische Simulationen – Temperaturverteilungen über die Zeit und unter variierenden Betriebsbedingungen
Modellierung von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung – alle wesentlichen Wärmeübertragungsmechanismen, einschließlich freier und erzwungener Konvektion
Wärme- und Stofftransport im Fluid – inklusive Leitungs- und Konvektionsmodellierung, z. B. mit FLUID116-Elementen
Räumlich variierende Randbedingungen - Temperatur, Wärmestrom und Wärmeübergangskoeffizient (HTC) als feldabhängige Eingaben
Strahlung — Oberflächen-zu-Oberflächen- oder Umgebungsstrahlung einschließlich Sichtfaktormodellierung
Gekoppelte Wärmeübertragung (CHT) — Fluid-Festkörper-Interaktion mit CFD-basierten Temperatur- und Wärmestromfeldern

Weitere Informationen

Stationäre und instationäre thermische Analysen

Stationäre und instationäre thermische Analysen erfassen Temperaturverteilungen unter konstanten sowie zeitabhängigen Betriebsbedingungen. Räumlich variierende Randbedingungen – wie Temperatur- und Wärmeübergangskoeffizienten – werden auf Basis von CFD-Ergebnissen oder analytischen Daten angewendet. Die Strahlungswärmeübertragung wird mithilfe von Sichtfaktoren modelliert, um den Austausch zwischen Oberflächen sowie mit der Umgebung abzubilden.

Beispiel: Thermische Bewertung eines Turbinenabgasmoduls während des Betriebs, bei dem ungleichmäßige Konvektion und Strahlung zu kritischen lokalen Temperaturgradienten führen.

Fluidbasierter Wärme- und Stofftransport

Fluidgetriebener Wärme- und Stofftransport wird mithilfe von 3D-Thermo-Flow-Elementen wie ANSYS FLUID116 modelliert, wodurch sowohl Wärmeleitung als auch Konvektion innerhalb interner Strömungskanäle abgebildet werden können. Der Fluss wird durch Temperatur- oder Druckdifferenzen angetrieben und ermöglicht eine thermische Kopplung mit den umgebenden Festkörperstrukturen.
Beispiel: Thermische Modellierung interner Kühlkanäle in einem Turbinenabgasgehäuse, bei denen die strömungsabhängige Wärmeabfuhr durch lokale Temperaturverteilungen gesteuert wird.

Gekoppelte Wärmeübertragung (CHT)

Gekoppelte Wärmeübertragungssimulationen (CHT) verbinden Fluid- und Festkörperbereiche, um den thermischen Austausch an Schnittstellen realitätsnah abzubilden. Temperatur- und Wärmestromfelder aus CFD-Simulationen werden auf strukturmechanische Netze gemappt, um realistische Randbedingungen zu erzeugen.

Dieser Ansatz ermöglicht eine präzise Vorhersage von Temperaturgradienten und thermisch induzierten Spannungen in komplexen Geometrien.

Beispiel: Gekoppelte thermische Analyse eines Lagergehäuses mit Ölströmung, einschließlich Aufheizung durch benachbarte Heißgasbauteile und Strahlungseinfluss angrenzender Oberflächen