3D Berechnungsmodell

 

Die CFD-Aufgabe sollte zumindest am Anfang stark vereinfacht werden, damit schnell erste Ergebnisse erzielt werden. Dann wird Schritt für Schritt die endgültige, genauere Grundberechnung vorbereitet. Nur die Endberechnungen sollten detailliert, mit höherer Zellenzahl ausgeführt und dokumentiert werden.

Geometrie-Vorbereitung

Die 3D Geometrie wird erstmal in elektronischer Form benötigt. Ich empfehle die Geometrie mit einem professionellen CAD-Programm zu erzeugen. Wenn diese bereits vorhanden ist, musste sie noch öfter korrigiert und auch vereinfacht werden: Details wie Schrauben müssen ausgeblendet werden, um die Rechenzeit nicht unnötig zu verlängern.
Jedes CAD-Programm hat ein eigenes Datenformat; es gibt ein Solidworks, ein Solid Edge, ein CATIA, ein Siemens NX Format... Jedes Programm kann dennoch ins universale lesbare STEP-Format exportieren. Heutzutage wird CAD als Volumina erzeugt, manche CFD-Tools wie CFX oder OpenFoam benötigen immer noch Oberflächen als Input, die Konvertierung erfolgt mit zusätzlichen Softwares wie Ansys Design Modeler oder Ansa. Das Importieren und Exportieren von Daten wurde mit FloEFD verbrauchernah übersprungen als das CFD komplett in ein beliebiges CAD-Tool integriert ist.

Randbedingungen und Parameter 

Nachdem das Berechnungsgitter erzeugt wurde, kann im Tool die Berechnung vorbereitet werden:
Die Einlassrandbedingungen müssen eingegeben werden, meist als Massenstrom oder Druck; die CFD-Software FloEFD bietet aber auch die Alternative, die Eigenschaften eines Lüfters einzugeben.
Falls auch die Berechnung der Wärmeübertragung erwünscht ist, müssen die Wärmequellen oder gegebenenfalls Temperaturen eingegeben werden.
Für die Simulation eines rotierenden Bereichs genügt die Eingabe eines zylindrischen Koordinatensystems und einer Drehzahl; das Programm addiert Quellterme in den Strömungsgleichungen, um den Effekt der Coriolis- und Zentrifugalkräfte zu simulieren. Nachdem die Materialeigenschaften, die numerischen Parameter und die Konvergenzkriterien definiert wurden, kann die Berechnung gestartet werden.

Konvergenz

Die Berechnung ist konvergiert, wenn Massen- und Energieerhaltung erreicht sind und wenn die Druck- und Geschwindigkeitswerte sich mit weiteren Iterationsschritten nur noch unwesentlich ändern. Oft ergeben sich dabei Schwierigkeiten; nur erfahrene CFD-Ingenieure wissen dann, welche Parameter verändert werden müssen. So können zum Beispiel vordefinierte numerische Parameter geändert werden; die Eingabe-Parameter niedriger Ordnung führen schneller zu einer Lösung, jedoch grundsätzlich auch zu einer unphysikalischen Verschmierung der Resultate.

 

 

 
     Druckkonturen für einen Radiallüfter 

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