Produktdesign und Betriebsabläufe mit numerischer Strömungsmechanik optimieren

Anbieter zum Thema

DECHEMA e.V.

VERDER Deutschland GmbH & Co. KG

IKA-Werke GmbH & Co. KG

CADFEM Germany GmbH

Comsol Multiphysics GmbH

Dank der Weiterentwicklung der Software und der Verfügbarkeit von schnelleren, leistungsfähigeren Rechnern ist es heute bereits möglich, das Verhalten von über einer Million Partikel in einem System gleichzeitig zu modellieren. Dies stellt eine beachtliche Verbesserung gegenüber der Schwelle von 10 000 Partikeln dar, die noch vor wenigen Jahren üblich war.

Aktuelle Beispiele aus der Industrie

• Rührwerke: Die Auswahl einer optimalen Rührwerksgeometrie und der besten Mischbedingungen sind eine ständige Herausforderung für Ingenieure in allen Bereichen der verfahrenstechnischen Industrie. CFD hilft den Designern ebenso wie den Betreibern darzustellen, wie die Strömung durch das Rührwerk umgewälzt wird und wo turbulente im Gegensatz zu wirbelfreien Bedingungen vorliegen. Auf diese Weise erhält man eine bessere Vorstellung von Strömungsverteilungsmustern und Energiedissipationsraten innerhalb des Behälters. Beim industriellen Mischprozess trägt die Minimierung der Bildung von Stagnationszonen und Hot Spots nicht nur dazu bei, Mischzeiten und bedingungen zu optimieren und die erwünschte Gleichförmigkeit des Produktes zu gewährleisten, sondern auch den Verschleiß der Mischeinrichtungen zu vermindern. In den letzten Jahren hat sich der Einsatz von CFD zum Standardverfahren auf dem Gebiet der Mischtechnik entwickelt, um Rührwerke über das gesamte Spektrum zu modellieren - einschließlich der Impellerrührer, die für Mischanwendungen mit relativ geringer Scherkraft zum Einsatz kommen, komplexerer Rotor/Stator-Mischer, die für Mischen bei hoher Scherkraft eingesetzt werden (zur Herstellung von Emulsionen und Dispersionen und für Nassmahlverfahren oder Partikelzerkleinerung) sowie statischer Mischer.
• Gasturbinen und Verbrennungssysteme: CFD hat sich ebenfalls als nützliches Instrument zur Modellierung von Brennern und Verbrennungssystemen aller Art erwiesen, insbesondere derjenigen, die in Gasturbinen zur Energie- und Stromerzeugung zur Anwendung kommen. So können Benutzer zum Beispiel CFD zur Charakterisierung von Strömungen, Verbrennungsreaktionen und Temperaturverteilungen bei einem beliebigen Querschnitt nutzen und damit den potenziellen Einfluss von alternativen Brennerauslegungen und -anordnungen innerhalb der Verbrennungsanlage sowie die Auswirkungen von konkurrierenden Betriebsszenarien bewerten. Mit diesem Wissen lassen sich durch gezielte Veränderungen Lufteinlasstemperaturen optimieren, die Verbrennungseffizienz maximieren, die Überhitzung der Turbinenschaufeln sowie vibrations- und ermüdungsbedingter Ausfall minimieren und somit die Gesamtleistung und der Wirkungsgrad der Turbine verbessern. Auch hier sind die Benutzer von CFD in der Lage, durch relativ kleine Anpassungen am Design oder den Betriebsparametern einer Gasturbine positive Ergebnisse in Form erhöhter Leistungsabgabe, verminderter Emissionen und Vibrationen sowie kürzerer ungeplanter Stillstandszeiten und reduzierter Herstellungskosten zu erreichen.

Meist zahlen sich die Kosten für die Einführung einer Simulationssoftware unmittelbar aus durch Kosteneinsparungen und eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Betriebsführung aufgrund der Modellierung. In dem Maße, wie Simulation im Engineering Fuß fasst, lautet die große Frage für die Designer von Anlagen und Prozessanwender nicht, ob sie diese Technologie einsetzen werden, sondern wie sie die vielen Vorteile, die sie ihnen bietet, am besten nutzen können.

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