Simulation elektrisches Aufheizen eines Wasserboilers

Die Simulation des elektrischen Aufheizens eines Wasserboilers kann mit der CFD Software NOGRID points berechnet werden.

Direkt elektrisch beheizte Flüssigkeiten kommen in sehr vielen industriellen Prozessen und Apparaturen vor. In dieser Fallstudie wird ein kontinuierlich betriebener Wasserboiler (Tauchsieder) simuliert. Geräte, die eine kontinuierliche Versorgung mit einer erhitzten Flüssigkeit liefern, werden im Fall von Wasser auch Warmwasserbereiter oder Boiler oder einfach Wärmetauscher genannt. Der in dieser Studie verwendete Tauchsieder hat ein elektrisches Widerstandsheizelement, das in einem Behälter eingeschlossen ist. Der Behälter wird von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmt. Das Heizelement wird als eigener Festkörper simuliert und hat direkten Kontakt mit der Flüssigkeit. Durch den elektrischen Widerstand des Metalls wird je nach Dickenverteilung, Geometrie und Position des Tauchsieders die Flüssigkeit unterschiedlich stark erhitzt. Da in dieser Simulation mehrere Materialien gleichzeitig berechnet werden und in Kontakt stehen, spricht man hier auch von einer Mehrphasen-Simulation.

Abb. 1: CAD erstellt in NOGRIDs COMPASS

Abb. 2: Elektrisches Potential für den Tauchsieder

Abb. 3: Elektrische Stromdichte für den Tauchsieder

Abb. 4: Temperatur im Tauchsieder nach 100 Sekunden

Abb. 5: Temperaturverteilung für das Wasser und den Tauchsieder

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 

 

Das Metall des Tauchsieders in dieser Studie wird als Festkörper berechnet, d.h. es wird nur die Temperaturgleichung und die Poissongleichung für das elektrische Potential berechnet. Die Strömung in dem Behälter steht natürlich in Kontakt mit dem Tauchsieder und Wärme kann ausgetauscht werden, d.h. die Temperatur in der Strömung wird durch die Temperatur im Tauchsieder beeinflusst und umgekehrt. Hängt die z.B. die Viskosität des Fluids von der Temperatur ab, so hat die Temperaturverteilung des Tauchsieders einen direkten Einfluss auf die Strömung in der Düse. Hängt auch die elektrische Leitfähikeit des Tauchsieders von der Temperatur ab, so wird auch die elektrische Feldstärkeverteilung von der Strömung beinflusst.

NOGRID points kann perfekt zum Designen und Problemlösen für alle Arten von Mehrphasen-Simulationen auch in Zusammenhang mit statischen elektrischen Feldern verwendet werden. NOGRID points 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 →

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info@nogrid.com

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