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Simulation ohne Gitter

Software simuliert chemische Prozesse auf neuem Weg

| Redakteur: Tobias Hüser

Befüllen eines Bierglases simuliert mit Meshfree – besonders die Schaumbildung spielt bei diesem Prozess eine große Rolle.
Befüllen eines Bierglases simuliert mit Meshfree – besonders die Schaumbildung spielt bei diesem Prozess eine große Rolle. (Bild: Fraunhofer ITWM/www.istockphoto.com/Deklofenak)

Mit Meshfree präsentierte das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ein Softwareprodukt zur gitterfreien Simulation physikalischer und chemischer Prozesse. Die Neuentwicklung kann zahlreiche Prozesse der Verfahrenstechnik ohne Rechengitter simulieren, u.a. Coating-, Homogenisierungs-, Press- oder Rührprozesse.

Frankfurt am Main – Die Software basiert auf einem allgemeinen Materialmodell. Diese Allgemeinheit erlaubt es, auch komplexes Materialverhalten abzubilden und mit der gleichen numerischen Methodik zu behandeln. Für die Auswahl des Lösungsalgorithmus muss das Medium nicht in flüssig oder fest eingeteilt werden. Die Angabe der Materialeigenschaften wie z.B. Viskosität oder Elastizität in Form eines Schubmoduls reicht aus, um das Verhalten des Mediums mit Meshfree vorherzusagen. Die Software eignet sich zu Simulation von Coating-, Extrusions-, Formgebungs-, Homogenisierungs-, Injektions-, Knet-, Press- oder Rührprozessen.

„Nahezu alle Prozesse und Verfahren, die in der Praxis dieser Branchen im Fokus stehen, können mit der Softwarelösung berechnet und virtuell realisiert werden“, sagt Jörg Kuhnert, Experte beim Fraunhofer ITWM. „Das heißt für Unternehmen konkret, sie optimieren auf dieser Basis ihre Prozesse und sparen so häufig nicht nur Ressourcen, sondern auch Geld und Zeit.“

Ohne Gitter schneller zum Ergebnis

Die Software verbindet die Finite-Pointset-Methode (FPM) zur Lösung der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie mit effizienten Algorithmen zur Lösung linearer Gleichungssysteme. Die Technologie basiert nicht auf den geometrischen Eigenschaften eines Rechengitters, damit entfällt das langwierige Erstellen und Aufarbeiten dieser Netze. Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD-Tools und verwendet sie für die Simulation. Da Mesehfree keine Rechengitter mehr benötigt, ist die Software enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie beispielsweise bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen.

Synthese erfolgreicher Softwarepakete

Mit Meshfree profitiert der Anwender von der langjährigen Erfahrung und Expertise der Fraunhofer-Institute ITWM und SCAI in der Simulation komplexer physikalischer Prozesse, denn die Software bündelt die Expertise beider Institute auf dem Gebiet gitterfreier Simulationsmethoden. Das Produkt ist eine Synthese aus zwei Softwarepaketen (FPM und SAMG), die schon vielen Jahren erfolgreich in vielen unterschiedlichen Industriebranchen vertrieben und kontinuierlich weiterentwickelt werden.

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