Die CFD-Simulation (CFD = "Computational Fluid Dynamics", deutsch = "Numerische Strömungsmechanik") bzw. Strömungssimulation dient der Auslegung und Optimierung strömungsführender Bauteile und umströmter Körper. Die CFD Simulation bildet Strömungen und Strömungsverläufe rechnerisch nach und visualisiert die Strömungswege.
Als Dienstleister für CFD Simulation bzw. Strömungssimulation berechnet M.TEC unterschiedliche Medien mit ihren jeweiligen Viskositäten wie z. B. Luft, Wasser, Öle, Gele und Kleber. Auch die Durchmischung verschiedener Medien (z. B. ein Mehrkomponentenkleber oder ein Luft-/Treibstoffgemisch) lässt sich mit einer CFD Simulation berechnen.
Die Strömungssimulation bzw. Strömungsanalyse zeigt, wo Strömungsverluste bzw. Druckverluste entstehen. Sind Messungen nicht möglich oder zu zeitintensiv, ist die CFD Simulation das richtige Entwicklungstool zur Druckverlustoptimierung.
CFD Simulation/Strömungssimulation – Anwendungsgebiete
Produktentwicklung / Technische Geräte
Produktentwicklung allgemein
- Auslegung und Optimierung von Pumpen
- Auslegung/Berechnung/Optimierung von Tanks (z. B. Schwappen), Lagertanks und Durchlaufventilen
- Auslegung von Laufrädern, Luftkanälen
- Gebläseentwicklung
- Mischer
Automotive & Nautik
- Umströmung von Fahrzeugen (Aerodynamik) sowie Flugkörpern
- Motorkühlungen, Batteriekühlungen
- Wasserabscheider, Ölabscheider
- Turbolader
- KFZ-Klimatisierung
- Umströmung von Schiffskörpern
Haushaltsgeräte
- Wäschetrockner
- Staubsauger, Staubsaugerdüsen
Medical
- Beatmungsgeräte, Beatmungsmasken, Atemschutzmasken
- Pen-Injektoren/Insulin-Pens
Baubranche, Anlagenbau
CFD Simulation für die Baubranche – Beispiele
- Überlaufbecken, Ausgleichsbecken; Ablauf/Überlauf, Durchmischungen
- Klärbecken
- Leitungen im Kraftwerksbereich, z. B. Kühlwasserleitung
- Öffentliche Gebäude (Arbeitsstättenverordnung), Tiefgaragen
- Entrauchung, Rauchableitung aus Gebäuden, Simulation Brandverlauf (VDI-Richtlinie 6019)
- Belüftung / Frischluftversorgung
- Luftverteilung; CO2-Konzentration
CFD Simulation im Anlagenbau – Beispiele
- Sammelbecken für Luftwäscher
- Lagerbecken für chemische Produkte; Rührwerke
Strömungsverluste / Druckverluste verringern
Was ist der konkrete Nutzen einer CFD Strömungssimulation? Technische Geräte und Fahrzeuge, die mit Gas, Luft oder Flüssigkeiten umströmt oder durchströmt werden, sind heutzutage allgegenwärtig: PKW, Transporter und LKW sowie Turbolader, Pumpen, Rohrleitungen, Staubsauger oder Wäschetrockner etc. Allen Geräten gemeinsam ist, dass ihr Energieverbrauch direkt von Strömungsverlusten abhängt.
Ein Strömungsverlust bzw. ein Druckverlust entsteht durch Strömungsablösungen (Rezirkulationen) bis hin zu einem vollständigen Strömungsabriss. Strömungsablösungen werden u. a. verursacht durch
- scharfe Umlenkungen
- unstete Querschnittserweiterungen
- Bauteilelemente, die in der Strömungsführung liegen
Dabei kommt zu einem "Aufplatzen" des Strahls. Neben dem Verlust von Druck kann eine weitere negative Folge eine Geräuschentstehung sein. Eine CFD Simulation deckt diese ungünstigen Strömungsverläufe auf und erlaubt es, strömungsführende Bauteile gezielt zu optimieren.
CFD Simulation als Entwicklungstool
„Strömungsverluste sollten mittels CFD Simulation bereits früh im Entwicklungsprozess minimiert werden, um Geräte energieeffizient zu gestalten.“
Stefan Vogler
Team Manager Simulation, M.TEC ENGINEERING GmbH
Strömungsarten, Strömungsvorgänge
- Simulation von stationären und instationären Strömungen
- Simulation von laminaren und turbulenten Strömungen
- Mehrphasenströmungen
- Simulation von Mischvorgängen / Mischersimulation
- Wärmesimulation / Konvektion, Wärmeübertragung / thermische Vorgänge
- Strömungsinduzierte Geräusche
Die Berechnungsabteilung von M.TEC ist spezialisiert auf die Strömungsberechnung mittels CFD Simulation. Mit umfangreichen Kenntnissen der zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhänge in der Strömungsmechanik liefern wir zügig Simulationsergebnisse mitsamt der richtigen Interpretation. M.TEC entwickelt strömungsoptimierte Konzepte und leitet entsprechende Maßnahmen aus den Ergebnissen der Strömungssimulation ab – zur Optimierung Ihres Bauteils oder Produkts.
Welche Simulationssoftware nutzt M.TEC für die CFD Simulation?
Für die CFD Simualtion bzw. Strömungssimulation nutzt M.TEC Siemens Star CCM+ in der jeweils aktuellsten Version. Sämtliche Berechnungen führt M.TEC hausintern auf eigenen Clustern durch.
Für die Software Siemens Star CCM+ hat M.TEC eine direkte Anbindung an die hauseigenen M.OPT-Engineering-Tools entwickelt, so dass alle Entwicklungsaspekte aus der Strömungmechanik mit den KI-basierten Entwickungstools der M.OPT-Familie bearbeitet werden können.
Wie ist der Projektablauf bei einer Strömungssimulation und wie lange dauert es?
Der typische Projektablauf bei einer Strömungssimulation bzw. CFD-Simulation sieht aus wie folgt:
- Bereitstellung von CAD-Daten
- Absprache der Randbedingungen
- Modellaufbau durch M.TEC
- Durchführung der Strömungssimulationen durch M.TEC
- Erstellung der Ergebnisdokumentation durch M.TEC
- Gemeinsame Besprechung der Ergebnisse
Die Dauer des Projekts ist abhängig vom Produkt bzw. der Anwendung und der Aufgabenstellung. Bei einem vergleichsweise einfachen Modellaufbau beträgt die Dauer ca. eine Woche. Hochkomplexe Aufgaben können hingegen vier bis acht Wochen oder auch länger dauern.
Welche Daten benötigt M.TEC vom Aufftraggeber für ein Angebot?
Für ein Angebot benötigt M.TEC von Ihnen:
- CAD-Daten (typischerweise als STEP-File, aber auch andere gängige Formate sind verwendbar)
- Eine Beschreibung der Aufgabenstellung bzw. der Entwicklungsziele
Was bekomme ich als Ergebnis – nur Simulationsergebnisse oder auch Beratung?
Führt M.TEC eine Strömungssimulation in Ihrem Auftrag durch, so erhalten Sie von M.TEC:
- Eine ausführliche Ergebnisdokumentation
- Die Interpretation der Ergebnisse mit Hinblick auf die Aufgabe bzw. die Zielstellung
- Handlungsempfehlungen und Verbesserungsvorschläge auf Basis der über 30-jährigen Erfahrung von M.TEC als Entwicklungs- und Engineeringdienstleister sowie als Simulationsexperten
- Persönliche Besprechung der Ergebnisse in einem Online-Meeting
Kann mir M.TEC helfen, mit den Simulationsergebnissen mein Produkt zu verbessern?
Ja, als Produktentwickler mit über 30 Jahren Erfahrung in der Strömungstechnik und weiteren entwicklungstechnischen Gebieten kann Sie M.TEC an praktisch allen Stellen in der Entwicklung Ihres Produktes unterstützen. Lesen Sie mehr über Entwicklung bei M.TEC
Für kritische Produkte oder gegenläufige Ziele: KI-basierte Optimierung mit M.OPT
Mit den M.OPT-Entwicklungstools von M.TEC können komplexe kritische Teile und Produkte, bei denen die Qualität von vielen Parametern abhängt, zielsicher und weitreichend optimiert werden. Ebenso ermöglichen die M.OPT-Entwicklungstools die Optimierung bei widersprüchlichen Anforderungen. Lesen Sie hier mehr über die M.OPT-Entwicklungstools