Produktdesign und Betriebsabläufe mit numerischer Strömungsmechanik optimieren

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DECHEMA e.V.

VERDER Deutschland GmbH & Co. KG

IKA-Werke GmbH & Co. KG

CADFEM Germany GmbH

Comsol Multiphysics GmbH

Die Anzahl der Gitterzellen, die zur korrekten Übermittlung der komplexen modellierten Geometrie erforderlich ist, kann von Hunderttausenden von Zellen bis Millionen Zellen reichen. Je feiner das Gitter, umso genauer die Berechnungen - wenn auch feinere Gitter traditionell eine größere Anzahl Zellen aufweisen und somit die Konvergenz der modellierten Ergebnisse mehr Zeit und mehr Daten beansprucht.

Heute sind automatische Meshing-Funktionen in den meisten handelsüblichen CFD-Modellierungsprogrammen enthalten, und diese entwickeln sich fortlaufend weiter. So bedienen sich z. B. heutige Meshing-Programme vordefinierter Bausteine und standardmäßiger Gitter-Vorlagen auf der Basis einer Vielzahl von geometrischen Elementen, wie sechsflächigen, vierflächigen und vielflächigen Elementen, Pyramiden, Keilen, Prismen oder einer beliebigen Kombination daraus.

In jüngster Zeit wurde die Gittererzeugung durch das Vorhandensein von sogenannten vielflächigen Gittern verbessert. Im Vergleich zu konventionellen vierflächigen Gittern weisen die neueren vielflächigen Gitter weniger Zellen auf, so dass die Konvergenz beim Modellieren schneller erreicht und damit die Simulation beschleunigt wird. Diese fortschrittlichen Meshing-Techniken ermöglichen ebenfalls die genaue Darstellung der Geometrie von praktisch jeder komplexen Komponente, sogar mit komplexen Formen, wie Kraftstoffdüsen und komplizierten Bohrungen und Durchgängen. Dank der Verfügbarkeit der heutigen benutzerfreundlichen Schnittstellen werden die Benutzer durch den Gittererzeugungsprozess geführt.

Ein Anbieter von CFD, Ansys (Canonsburg, Pa.; www.ansys.com), berichtet, dass in einer Anwendung seines CFD-Programms Fluent 6.3 die erforderliche Gittergröße für ein bestimmtes Projekt durch Einsatz der jüngsten Meshing-Funktionen von 800.000 Zellen auf nur 150.000 Zellen reduziert wurde und damit CFD-Simulationen, deren Lösung zuvor mehrere Tage oder sogar Wochen beansprucht hatte, nun innerhalb weniger Stunden möglich wurden.

Nachbearbeitungssoftware zur Verwaltung der modellierten Ergebnisse

Bei der CFD-Modellierung entstehen riesige Datenmengen und deshalb ist eine leistungsfähige Datenverwaltung außerordentlich wichtig. Heute unterstützt hochentwickelte Software zur Nachbearbeitung (Standardsoftware, die Bestandteil vieler CFD-Programme ist, oder spezielle Software) die Forscher bei der Auswertung von großen, unstetigen Datensätzen und der aussagefähigen bildlichen Darstellung von kritischen Aspekten komplexer Simulationen. Nachbearbeitungs-Tools helfen dem Benutzer bei der Erstellung von hochauflösenden Farbgrafiken und Animationen, die z. B. Geschwindigkeitsvektoren, Druckkurven und Linien konstanter Strömungsfeldeigenschaften darstellen.

Benutzer von CFD-Analysen sind normalerweise an der Arbeit mit erheblich kleineren Zieldatenmengen interessiert, die mit einem speziellen Aspekt des Modells in Verbindung stehen. Wenn beispielsweise das Oberflächendruckverhalten Gegenstand einer speziellen CFD-Studie ist, werden nur die Oberflächendaten für die Analyse bei der Nachbearbeitung benötigt. Zu typischen Datenextrakten zählen grafische Elemente, wie Iso-Oberflächen, Schnittebenen, numerische Flächen bzw. Partikelpfade, oder die Daten können entlang spezifischer Linien und Oberflächen integriert sein, um relevante nach Länge, Fläche und Masse gewichtete Durchschnittswerte zu ergeben.

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