Simulation elektrische Beheizung einer Kanalströmung mittels Scott-Schaltung

In dieser Fallstudie betrachten wir die Simulation der elektrischen Beheizung einer Kanalströmung durch vier Stabelektroden mittels einer Scott-Schaltung. Die Stabelektroden werden hier nicht als Festkörper berechnet, d.h. deren geometrische Hülle ist hier der Rand des Kanalmodells. Das elektrische Potential wird jeweils auf die Stabelektrodenhülle aufgegeben. Da es sich bei dieser Scott-Schaltung um zwei getrennte (phasenverschobene) Stromkreise handelt, werden in der Simulation auch zwei getrennte elektrische Felder berechnet. Durch den elektrischen Widerstand im Fluid wird je nach Strömungsgeschwindigkeit und Anordnung der Elektroden eine bestimmte Temperaturverteilung im Fluid eingestellt.

Abb.1: CAD-Modell erzeugt in NOGRIDs COMPASS

Abb. 2: Elektrisches Potential Stromkreis A

Abb. 3: Elektrisches Potential Stromkreis B

Abb. 4: Temperatur im Kanal nach 360 Sekunden

Abb. 5: Strömungsgeschwindigkeit mit Vektoren

Abb. 6: Temperaturverteilung und elektrische Feldlinien für Stromkreis A

Folgende Gleichung wird innerhalb von NOGRID points verwendet, um das elektrische Potential u in Flüssigkeiten und Festkörpern zu lösen:

electricHeating equn 01

u elektrisches Potential an einem gegebenen Punkt (x,y,z), u = u (x, y, z)
σ elektrische Leitfähigkeit
q Quellterm

Im Bereich der Elektrostatik ändert sich das elektrische Potential zeitlich nicht und die gültige Differentialgleichung für das elektrische Potential u ist die Poisson-Gleichung

electricHeating equn 02 

Die Leitung in Festkörpern und Flüssigkeiten wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben, das besagt, dass der Strom proportional zum angelegten elektrischen Feld ist. Die Stromdichte (Strom pro Flächeneinheit) j in einem Gebiet ist direkt proportional dem elektrischen Feld E und der Proportionalitäsfaktor ist die elektrische Leitfähigkeit σ:

electricHeating equn 03 

Das elektrische Feld E kann direkt aus dem elektrischen Potential u berechnet werden durch

electricHeating equn 04 

Aufgrund der Scott-Schaltung werden zwei phasenverschobene Stromkreise benötigt, d.h. obige Gleichungen werden in der Simulation zweimal gelöst. Die Temperatur in der Strömung wird durch die Höhe der elektrischen Stromstärke, der Anordnung der Stabelektroden und dem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand des Fluids beinflusst. Hängt die z.B. die Viskosität des Fluids von der Temperatur ab, so hat die Temperaturverteilung natürlich einen direkten Einfluss auf die Strömung im Kanal.

NOGRID points kann perfekt zum Designen und Problemlösen für alle Arten von Mehrphasen-Simulationen auch in Zusammenhang mit statischen elektrischen Feldern verwendet werden. Die Software hilft, die elektrischen Felder und die daraus resultierende Temperaturverteilung zu berechnen und zu verstehen. NOGRID points kann Mehrphasenberechnungen auch zusammen mit FSI Aufgaben berechnen und ermöglicht darüber hinaus die Simulation jeder denkbaren Geometrie:

  • Berechnung ist in voll 3D und die kompletten Navier-Stokes-Gleichungen werden gelöst
  • Einfache und intuitive Bedienung sowohl beim Aufsetzen als auch bei der Auswertung der Ergebnisse
  • Frei definierbare Materialeigenschaften durch User Gleichungen oder Kurven
  • Beliebige Bauteilgeometrien
  • Offene und geschlossene Kammern einschließlich der Bewegung von Bauteilen
  • Elektrostatische Aufgabenstellungen und Mehrphasenströmungen lassen sich beliebig kombinieren
  • Bewegte Wände oder Einlässe

Stärken der Nogrid Software

Unsere Stärke ist das schnelle Preprocessing, da unsere Software auf einer gitterfreien Methode basiert - es muss kein Netz für das Fluidvolumen in 3D oder für die Fluidfläche in 2D generiert werden. Dies führt zu einer besonders kurzen Modellierungszeit (auch für komplizierte Modelle), so dass Sie im Vergleich zu gitterbasierten CFD-Softwareprodukten viel Zeit sparen können. Die gitterfreie Methode ist stark bei der Berechnung von bewegten Teilen oder bei der Berechnung von komplexen freien Oberflächen.
Wie Sie im Bild unten sehen können, benötigt man für die Ränder der Geometrie nach wie vor ein Netz, damit die inneren finiten Punkte den Rand detektieren können. Die Ränder müssen also vernetzt werden und die finiten Volumenpunkte im Inneren werden während der Simulation automatisch generiert.
Easy Modelling with NOGRID CFD Software

Einfache und schnelle Modellierung: Geometrie erzeugen und Ränder vernetzen, Fall aufsetzen und Simulation starten

Was kann die NOGRID Strömungssimulationssoftware für Sie tun?

 

Verlässliche industrielle Prozesse sprechen für sich und sind verantwortlich für den Erfolg eines Unternehmens. Für viele Prozesse spielt das Strömungsverhalten des Fluids eine wichtige Rolle für den Erfolg. Da industrielle Designs oft sehr komplex sind, gibt es verschiedene Faktoren, die in Fluidströmungs-Anwendungen wichtig sein können. Durch eine CFD-Simulation mit einer professionellen Software können Sie Ihre Prozesse simulieren und relevante Parameter berücksichtigen: Die Anwendung von NOGRIDs numerischer Strömungssimulationssoftware ermöglicht es Ihnen, die Fluidströmung, den Wärme- und Massenübergang sowie eventuell stattfindende chemische Reaktionen zu berechnen und vorherzusagen, zu analysieren und zu bewerten und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihre Prozesse zu optimieren. Die Simulation bildet also eine Basis für bessere Design-Entscheidungen.
Die Strömungssimulationssoftware von NOGRID ist ein gitterfreies Tool mit erstaunlicher Flexibilität, Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Robustheit. Die Software liefert qualitativ hochwertige Ergebnisse für ein weites Feld von Fluidströmungs-Anwendungen.

 

Warum sollten Sie sich für NOGRID Strömungssimulationssoftware entscheiden?

 

Zusätzlich zum Experiment bzw. zu Produktionsversuchen hilft die NOGRID Strömungssimulationssoftware die Bewertung für Ihre Designs zu verbessern und die Entwicklungsgeschwindigkeit Ihres industriellen Prozesses zu steigern.

Zu lernen, wie sich die Fluidströmung verhalten wird und wie sicher industrielle Prozesse oder Prozessschritte funktionieren, lässt Ihr Wissen von Simulation zu Simulation wachsen. Sie bekommen ein besseres Verständnis für Ihre Prozesse, was wiederum zu enormen Einsparungen von Herstellungskosten und - zeit und gleichzeitig zu einem Endprodukt von hoher Qualität führt. Durch Simulation erhalten Sie bessere Konstruktions- und Betriebsparameter, eine deutlich bessere Dokumentation Ihres Entwicklungsprozesses,  steigende Planungssicherheit und Sie sparen Zeit und Geld dadurch, dass Sie Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen können.

 

Training

 

In unserem zwei-Tage Trainingskurs werden Sie lernen, wie man die NOGRID CFD/CAE Software effizient einsetzt. Unser technischer Support hat Erfahrungen in vielen Disziplinen und kann Ihnen zeigen, wie man schwierige Fälle bewertet, behandelt und löst.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Trainingskurse →

 

Technischer Support

 

Wir bieten den kompletten technischen Software Support an. Von der ersten Minute an, ab der Sie die Software nutzen, können Sie uns über Telefon oder E-Mail erreichen. Schreiben Sie uns, wir sind Ihnen gerne behilflich.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Software Support

 

Service

 

Oft sind Zeit und Ressourcen knapp bemessen, so dass die Vergabe von Simulationsaufgaben eine attraktive Möglichkeit sein kann, um schnell und kostengünstig anstehende Aufgaben zu bearbeiten. Basierend auf unserem Know-how können wir eine Fülle von Serviceleistungen auf dem Gebiet der Simulation von Strömungen anbieten.
Wir modellieren und entwickeln für Sie. Sie brauchen hierfür keine NOGRID-Software Lizenz zu kaufen. Wir bieten Ihnen einen individuellen Berechnungsservice für Ihre Verfahren und Prozesse an, der genau auf Ihre Wünsche zugeschnitten ist.

Für mehr Details bitte hier weiterlesen: Simulation Services →

Logo NOGRID

Göttelmannstr. 13B
55130 Mainz, Germany
info@nogrid.com

Simulation Software from Nogrid

Follow Us: