3D CFD Strömungssimulation

Definition einer CFD-Strömungssimulation

Die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics) löst strömungstechnische Probleme mit numerischen Methoden.
Mit der CFD kann das berechnete Strömungs- und Temperaturfeld mit Hilfe von 2D-Schnitten oder Stromlinien im gesamten Rechengebiet visualisiert und analysiert werden. Die Strömungsgeschwindigkeiten, die örtlichen Drücke und Temperaturen können innerhalb bestimmten Volumen gemittelt werden. Die Wärmeübergangskoeffizienten können auf eine beliebige Fläche bezogen werden. Mit 3D-CFD Strömungssimulationen sind sowohl genauere Ergebnisse als auch neue Erkenntnisse und Einsichten für die Weiterentwicklung von Produkten zu erwarten. Wenn die CFD schon während des Entwurfs und im Laufe der Auslegung eingebunden ist, können einfache Optimierungspotentiale sowie anspruchsvolle Innovationen frühzeitig erkannt und umgesetzt werden. Die Anzahl kostspieliger Versuche zur Verifizierung der Wirksamkeit einzelner Verbesserungsmaßnahmen am Objekt wird drastisch reduziert, wodurch auch die Zeit bis zur Markteinführung verkürzt wird.

Komplexität einer CFD-Strömungssimulation

Sowohl der Projektleiter für die Entwicklung der Aerodynamik einer Gasturbine als auch der Projektleiter von AC- und DC-Ladesäulen für die Elektromobilität brauchen CFD-Berechnungen; die Genauigkeitsanforderungen und das Budget sind jedoch zuweilen gänzlich verschieden. Der CFD-Berechnungsingenieur muss sich deshalb an die Zeit- und Kostenanforderungen halten und dafür die nötigen Vereinfachungen vorschlagen. Der Gesamtaufwand des Projektes und die damit verbundenen Kosten hängen vom Umfang der Aufgabe, von den eingesetzten Rechenmethoden und von den Genauigkeitsansprüchen ab.
Das Rechnen kann in der Regel auf normalen schnellen PCs gestartet werden, für größere Modelle sollte aber sinnvoller Weise ein Computer-Cluster genutzt werden. Oft arbeiten Ingenieure in der Firma oder im Home-Office lediglich auf einem Notebook und sie teilen sich Servers auf der Cloud, wo die rechenintensive CAD, CAE und CFD Software installiert sind. Die Einstellung von qualifiziertem Personal und die Anschaffung der nötigen Hard- und Software für CFD ist ein großer Aufwand. Sofern nur selten Bedarf besteht, empfiehlt es sich, die Berechnungen einer spezialisierten Abteilung oder einem Ingenieurbüro zu überlassen.

Strömungsvektoren im Gehäuse eines Leistungsmoduls