Ingenieurbüro für CFD-Strömungsberechnungen
Strukturierte Gitter haben eine regelmäßige Topologie; die Zellen sind regelmäßig platziert, so dass sich die Zellen durch
ganzzahlige Zahlen indizieren lassen.
Damit das Gitter an die Geometrie angepasst wird, müssen die Gitterlinien der Körpergeometrie folgen. Das Gitter für die flüssigen Medien wird zuerst generiert,
in dem das Negativ der CAD-Geometrie, also das freie Volumen zwischen den festen Teilen, definiert wird.
Dieses Volumen wird dann in kleinere Bereiche, so genannte Gitterzellen, aufgeteilt.
Wenn die Gitterqualität höchsten Ansprüchen genügen soll, ist ein reines Hexaedergitter erforderlich. Der Rechenbereich wird im Programm für die
Geometriebearbeitung oder im Gitterprogramm in Blöcke zerteilt, die dann in Hexaeder-Zellen zerteilt werden.
 Geometrisch angepasstes Gitter mit Hexaedern |
 Geometrisch angepasstes unstrukturiertes Gitter mit Tetraedern |
Sehr verbreitet seit dem Jahr 2000 sind auch numerische Verfahren, die auf unstrukturierten Gittern,
mit Grundelementen wie Dreiecken (in 2D) oder Tetraedern (in 3D) basieren. Das Gitterprogramm generiert mehrheitlich automatisch Zellen, die dem Verlauf der
Geometrie angepasst sind. Bei komplexen Geometrien ist es sehr aufwendig, ein gutes Tetraedergitter zu erstellen; stark verzerrte Zellen würden die
Rechenkonvergenz verhindern. Der Benutzer muss deshalb intervenieren und die richtigen Parameter manuell setzen.
Kombinationen von Tetraedern und Hexaedern sind üblich, um die Grenzschicht mit dünnen Zellen zu lösen.
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| Mischung strukturierten Hexa-Gitters und unstrukturierten Tetra-Gitters |
Strukturiertes kartesisches Gitter |
Die bessere Alternative zu den an die Geometrie angepassten Gittern bietet das kartesische Gitter. CFD-Software wie FloEFD, FloTherm oder Solidworks Flow Simulation ermöglichen genauere und effizientere Algorithmen. Die Körpergeometrie wird anschaulich in das Berechnungsgitter versenkt (englisch “immersed”). Hier können die Gitterlinien aber nicht an eine komplexe Körpergeometrie angepasst werden. Wenn die Ränder (engl. “boundaries”) des Körpers nicht mit dem Berechnungsgitter übereinstimmen, werden Interpolationen benötigt, um den Versatz des Geometrierandes zum Berechnungsgitter auszugleichen. Der effizientere Lösungsalgorithmus für das kartesische Gitter wird trotz der Interpolation beibehalten. Mit der "Immersed Boundary" Methode ist es einfach, komplexe Geometrien zu simulieren, da das kartesische Gitter immer erhalten bleibt und der Körper nur in das Gitter versenkt wird.
Eine präzise Methode, um rotierende Strömungen zu simulieren ist das bewegte Gitter. Dabei wird die Strömung instationär durch die Eingabe von Zeitschritten berechnet; das rotierende Bereich wird für jeden Zeitschritt neu positioniert. Die Rechenzeit ist deutlich länger als mit einem rotierenden Koordinatensystem. Das bewegte Gitter musste benutzt werden, wenn die Strömung aufgrund von unregelmässigen Gegenständen auch unregelmässig über den Umfang zu erwarten ist, zum Beispiel für die Auslegung von Axiallüftern. Die Methode des bewegten Gitters ist bei aller herkömmlichen CFD-Software verfügbar.
