Die Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulation ist eine numerische Methode zur Analyse und Lösung von Fluidströmungs- und Wärmeübertragungsproblemen. Dabei werden Computeralgorithmen und mathematische Modelle eingesetzt, um das Verhalten von Flüssigkeiten (Flüssigkeiten und Gasen) und deren Wechselwirkung mit festen Oberflächen zu simulieren. CFD-Simulationen werden in verschiedenen Branchen, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Energie- und Umwelttechnik, häufig eingesetzt, um Einblicke in komplexe Phänomene der Fluiddynamik zu gewinnen.

Bei N-thalpie GmbH gehen mit CFD Problemstellungen wie folgt vor:

Problem Definition:

Wir definieren das Problem klar, das Sie uns dafür beauftragen, einschließlich der Geometrie des Systems, der Randbedingungen und der physikalischen Eigenschaften der beteiligten Flüssigkeiten.

Geometriemodellierung:

CAD

Wir erstellen mit CAD-Software (Computer-Aided Design) eine digitale Darstellung der physischen Geometrie. Diese Geometrie wird verwendet, um die Grenzen und die Form des Simulationsbereichs zu definieren.

Mesh-Generierung:

Mesh

Wir teilen die Geometrie in kleine, diskrete Elemente, sogenannte Netze (eng. Mesh), auf. Die Qualität und Auflösung des Netzes haben erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit und Konvergenz der Simulation. Die Netzerzeugung kann ein komplexer Schritt sein und es werden verschiedene Techniken eingesetzt, um eine genaue Darstellung der Geometrie sicherzustellen.

Physikmodellierung:

Wir definieren die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeiten wie Dichte, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit. Anschließend daran entscheiden wir uns für ein Turbulenzmodell, wenn die Strömung turbulent ist. Die Auswahl geeigneter Randbedingungen sind entscheidend für die Genauigkeit der Simulation.

Numerische Lösung:

Wir wenden numerische Methoden an, um die maßgeblichen Gleichungen der Fluiddynamik zu lösen, beispielsweise die Navier-Stokes-Gleichungen. Zu den gängigen numerischen Techniken gehören Finite-Volumen-, Finite-Elemente- und Finite-Differenzen-Methoden.

Solver-Setup:

Wir konfigurieren den Löser (eng. Solver) mit den ausgewählten numerischen Methoden, Algorithmen und Konvergenzkriterien wie Zeit- und Raumdiskretisierungsschemata. Abhängig von der Komplexität des Problems können Simulationen Minuten, Tage oder sogar Wochen dauern.

Analyse

Wir analysieren die Simulationsergebnisse mithilfe von Nachbearbeitungstools (eng. post processing) indem wie die Visualisierungen wie Geschwindigkeitskonturen, Druckverteilungen und Temperaturprofile, um das Verhalten des Flüssigkeitsflusses und der Wärmeübertragung zu interpretieren.

Validierung und Verifizierung:

Wir validieren die Simulationsergebnisse, indem wir sie mit experimentellen Daten oder analytischen Lösungen vergleichen, sofern verfügbar. Somit können wir sicher stellen, dass die Simulation die physikalische Realität genau wiedergibt.

Optimierung und Iteration:

Bei Bedarf können wir den Simulationsprozess durchlaufen, indem wir Parameter anpassen, das Netz verfeinern oder Randbedingungen ändern, um die Genauigkeit der Ergebnisse zu verbessern.

CFD-Simulationen erfordern Fachwissen in Fluiddynamik, numerischen Methoden und der spezifischen Software, die für die Simulation verwendet wird. Darüber hinaus werden insbesondere für komplexe und groß angelegte Simulationen häufig leistungsstarke Rechenressourcen benötigt.