Strömungssimulation (CFD) in Produktentwicklung und -optimierung

Intuitive und leistungsfähige CFD-Software unterstützt bei der Entwicklung innovativer Produkte und sichert Ihren Vorsprung bei Effizienz und Zuverlässigkeit. Egal, welche Aspekte Sie analysieren und optimieren möchten – bei uns finden Sie das passende Werkzeug.

Was ist CFD Simulation?

Im Kontext von Produktentwicklung und Ingenieurwesen steht CFD für Computational Fluid Dynamics. Die deutsche Entsprechung ist Numerische Strömungsmechanik oder umgangssprachlich einfach Strömungssimulation.

Strömungssimulation kommt immer dann ins Spiel, wenn – wer hätte das gedacht – das Verhalten von strömenden Medien analysiert werden soll, aber das Produkt noch nicht existiert oder die nötigen Daten an einem Prototyp nicht erfasst werden können. Das klingt so erst einmal interessant, aber was verbirgt sich in der Praxis dahinter?

Deutlich mehr, als man anfangs meinen möchte, denn "strömende Medien" ist ein dehnbarer Begriff und die Reihe der Datenpunkte, die von Interesse sind, ist schier endlos und geht über reine Kennzahlen und zweidimensionale Diagramme hinaus.

Wofür kann Strömungssimulation eingesetzt werden?

CFD findet primär für die Simulation von Flüssigkeiten und Gasen Anwendung, doch auch Partikel in verschiedenen Größen sowie Gemische lassen sich abbilden. Lange zielten CFD-gestützte Betrachtungen primär darauf ab, ein Medium möglichst effizient, gleichmäßig und mit wenig Widerstand strömen zu lassen. Dies ist der Herkunft der Technologie aus der Luft- und Raumfahrt geschuldet, spiegelt aber heute nicht mehr das viel breitere Einsatzspektrum wider.

Interessante Anwendungen finden sich aber z.B. auch bei der Simulation von Wärmeübergängen in Wärmetauschern, beim Mischen von Medien oder wenn Ablagerungen in Leitungen vermieden werden sollen. Kühlen, Wärmen, Trocknen, Verbrennen, Prozesse in Batterien, Pumpen und Ventile, ...
die Möglichkeiten sind gerade bei multiphysischen Betrachtungen weitreichend, genau so, wie der mögliche Nutzen.

Vor welchen Herausforderungen steht Ihr Unternehmen?

Effizienz und Nachhaltigkeit

Effizienz und Nachhaltigkeit

Optimieren Sie die Energie- und Ressourcennutzung und bieten Sie Ihren Kunden echte Mehrwerte
Produktqualität verbessern

Produktqualität verbessern

Analysieren Sie komplexe Strömungsszenarien und eine einwandfreie Funktion Ihrer Produkte sicher
Beschleunigen Sie die Entwicklung

Beschleunigen Sie die Entwicklung

Vermeiden Sie lange und unnötige Iterationen durch frühzeitige Simulation
Wettbewerbsfähigkeit steigern

Wettbewerbsfähigkeit steigern

Entwickeln Sie die besten und Produkte, indem Sie innovative Ansätze aktiv unterstützen und bewerten.

Wie können Sie Strömungssimulation in Ihrem Unternehmen einsetzen?

Wie bereits umrissen, sind die Zeiten, in denen CFD etwas für hoch spezialisierte Branchen und noch höher spezialisierte Expertenteams war, längst vorbei. Heute ist es einfacher und günstiger denn je, Strömungssimulation erfolgreich einzuführen.

Die Werkzeuge bieten vielseitige Möglichkeiten und sind intuitiv und einfach in der Bedienung, sodass die Schulung und Einarbeitung deutlich erleichtert wird. Auch die Hardware-Anforderungen konnten in den letzten Jahren dank optimierter Solver, GPU-Berechnung und optional verfügbaren Cloud-Ressourcen gesenkt werden. Der Weg bis zum aussagekräftigen Simulationsergebnis ist damit heute so kurz, während die Einsatzmöglichkeiten in der Entwicklung noch immer enorm sind – hier nur ein paar Beispiele:

  1. Optimierung von Turbomaschinen
  2. Simulation von Pumpen, Ventilen und Anlagen
  3. Misch-, Sprüh-, und Verbrennungsvorgänge
  4. Entwicklung von Wärmetauschern
  5. Analyse von Heiz-, Kühl-, oder Trocknungsprozessen
  6. Optimierung von Auftrieb und Strömungswiderstand

Optimierung von Turbomaschinen

Eine moderne und vielseitige Oberfläche, gepaart mit leistungsfähigen Solvern und angepassten Modellen beschleunigen die Entwicklung von verschiedenen Arten von Turbomaschinen, wie sie beispielsweise in Turbinen, Kraftwerken und Verdichtern zu finden sind. Ein schneller, optimierter Workflow liefert vollständiges Bild des fertigen Produkts und erlaubt eine feinteilige Optimierung für den konkreten Einsatzzweck. So können Sie Ihren Kunden optimale Effizienz bieten.

Simulation von Pumpen, Ventilen und Anlagen

Im Anlagenbau finden sich verschiedene Einsatzgebiete für Strömungssimulation von einzelnen Komponenten bis hin zu umfassender Systemsimulation. Wie kann die nötige Pumpenleistung reduziert werden? Mit welchem Aktor liefert das Ventil die geforderten Schaltzeiten? Welche Kennlinie hat das gerade in Entwicklung befindliche Ventil? Gibt es Stellen in der Anlage, an denen sich Partikel ablagern?

Wenn Sie im Anlagenbau arbeiten, werden Ihnen zahlreiche Fragestellungen für Optimierungen einfallen, die ohne Simulation häufig erst im Fehlerfall sichtbar werden.

Misch-, Sprüh-, und Verbrennungsvorgänge

Vorn riesigen Rührwerken bis hin zu mikroskopisch kleinen Einspritzdüsen und Brennräumen: Eine unvollständige Durchmischung wird am Ende keine optimalen Ergebnisse liefern - sei es in Form von ungenutztem Rohmaterial oder erhöhtem Kraftstoffverbrauch. Ob Sie solchen Problemen anschließend mit konstruktiven Änderungen begegnen oder ob vielleicht eine Änderung im Prozessablauf, wie längeres oder stärkeres Durchmischen bevorzugen, ist eine Abwägung, die Sie vornehmen können. Allerdings nur, wenn solche kritischen Faktoren frühzeitig erkannt werden. Rechtzeitiges Reagieren sorgt dafür, dass die geforderten bzw. beworbenen Leistungsdaten am Ende auch eingehalten werden.

Entwicklung von Wärmetauschern

Wärmetauscher für verschiedenste Medien sind grundlegende Komponenten in vielen Produkten und Anlagen. Das sollte aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass Wärmetauscher immer wichtiger für die Gesamtleistung des Produktes werden. In manchen Fällen transportieren sie Wärme ab und schützen so andere hochgezüchtete Komponenten vor Überhitzung. In anderen Fällen gewinnen sie Energie zurück und sind ein Schlüsselbaustein für die Effizienz und Nachhaltigkeit. Gleichzeitig fristen Wärmetauscher ihr Dasein häufig im Versteckten und Konstrukteure müssen schwierigen Rahmenbedingungen wie mit knappem Bauraum, Stauluft und heißen Bauteilen in der Umgebung umgehen, sodass die geforderten Leistungsdaten nicht ohne weiteres garantiert werden können.

Analyse von Heiz-, Kühl-, oder Trocknungsprozessen

Heiz- und Klimatechnik macht momentan eine rapide Transformation durch und muss kürzester Zeit und unter unsicheren Rahmenbedingungen neue Konzepte umsetzen. Hohe Vorgaben bezüglich Abgaswerten und Effizienz fordern Ingenieure beim Optimieren von Verbrennungsprozessen.

Auch der Ersatz von fossilen Energieträgern ist je nach Einsatzgebiet keine einfache Aufgabe, denn auch bei Umstellung auf eine Umweltfreundliche oder sogar hybride Anlage sind Kunden nicht bereit, Einschränkungen gegenüber der fossil betriebenen vorherigen Generation hinzunehmen.

Strömungs- und Multiphysiksimulation zusammen mit durchdachten Entwicklungs- und Simulationsprozessen sind ein Schlüssel, um sich in diesem dynamischen Umfeld erfolgreich zu behaupten.

Optimierung von Auftrieb und Strömungswiderstand

Strömungsmechanische Simulationen sind in der Lage, praktische Experimente in Wind- und Wasserkanälen zu ersetzen und bieten gleichzeitig deutlich anschaulichere Ergebnisse bei intuitiverem und schnellerem Feedback für die Konstrukteure.

 

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Häufige Fragen rund um die Strömungsmechanik

Sie haben strömungsmechanische Herausforderungen, für die Sie Antworten suchen? Hier gehen wir auf die häufigsten Fragen zum Start ein.

Brauche ich besondere Vorkenntnisse?

Sie sollten über grundlegendes Hintergrundwissen, speziell im Bereich der Strömungsmechanik, verfügen. Darüber hinaus ist Erfahrung mit und Verständnis von ihren Produkten deutlich wichtiger, als Simulationserfahrung. Bei der Implementierung der Software und bestimmen der richtigen Abläufe für Sie und Ihr Unternehmen beraten wir Sie natürlich.

Brauche ich ein bestimmtes CAD-System?

Nein, grundsätzlich können Simulationen mit Geometrie aus allen gängigen CAD-Systemen erstellt werden. Das bedeutet allerdings nicht, dass Sie die Art der Integration außer Acht lassen sollten, denn es je nach Ausgestaltung der Integration sinkt der Aufwand für die Simulationsvorbereitung und Aktualisierung teils signifikant.

Welche Hardware brauche ich für Simulationssoftware?

Grundsätzlich sollte die Hardware immer an den Einsatzzweck angepasst sein, damit Sie flüssig arbeiten können und aus Ihren Softwarelizenzen den maximalen Nutzen ziehen können.

Sie sind aber nicht darauf angewiesen, die eigentlichen Berechnungen auf lokaler Hardware auszuführen. Stattdessen bieten High-Performance-Computing-Optionen eine einfache Möglichkeit, die Berechnung mit Cloud-Ressourcen zu beschleunigen. Vorteil in diesem Fall ist auch, dass Sie auf Ihrer eigenen Hardware weiterarbeiten können.

Ist Simulation in der Praxis nicht zu zeitaufwändig?

Natürlich ist Simulation ein zusätzlicher Schritt, für den Zeit eingeplant werden muss. Allerdings ist der Aufwand deutlich geringer als der für die Prototypenfertigung oder falls spät im Designprozess noch größere Änderungen notwendig sein sollten. Auch durch genauere Auslegung der Bauteile und einen insgesamt linearen Projektverlauf lassen sich die Entwicklungszyklen verkürzen.

Potenziale erkennen und nutzen!

Was ist der richtige Weg, um Ihre Herausforderungen anzugehen? Software ist nicht alles, es kommt auch auf richtige Implementierung, Prozesse und Ausbildung an! Nachhaltige Verbesserungen brauchen starke Partnerschaften, daher stehen wir Ihnen zur Seite mit Expertise, Best-In-Class-Technologien und dem Verständnis für die Anforderungen des Mittelstands.

Lassen Sie uns gemeinsam schauen, wo Sie stehen!

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