Einführung in die CFD
Simulation für Anfänger

Was ist CFD (Computational Fluid Dynamics) und CFD Software?

Strömungssimulationssoftware (CFD, Computational Fluid Dynamics = numerische Strömungsdynamik) ist ein Zweig der Strömungsmechanik, der numerische Methoden verwendet, um strömungsmechanischen Probleme zu lösen. Mit Hilfe von Computern werden Berechnungen durchgeführt, die erforderlich sind, um die Wechselwirkung von Flüssigkeiten und Gasen mit Oberflächen, die durch Anfangs- und Randbedingungen definiert sind, zu simulieren.

Navier-Stokes-Gleichungen

Die fundamentale Basis fast aller Strömungssimulations-Probleme sind die Navier-Stokes-Gleichungen. Bei den Navier-Stokes-Gleichungen handelt es sich um ein System von nicht-linearen partiellen Differentialgleichungen 2. Ordnung. Zu den Gleichungen gehören die Impulsgleichung, die Kontinuitätsgleichung und die Energiegleichung. Dieses ist das grundlegende mathematische Modell der Strömungsmechanik. Sehr oft werden zusätzlich Stoffgleichungen gelöst, um den Stofftransport im Fluid berechnen zu können.

Bei der numerischen Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen kommen Verfahren der numerischen Strömungsmechanik zum Einsatz. Als Diskretisierungen werden sowohl Finite-Differenzen-, Finite-Elemente-und Finite-Volumen-Verfahren verwendet. Im kommerziellen sowie im Open-Source-Bereich Bereich wird der Markt von den Produkten beherrscht, die auf der Methode der finiten Volumen (FVM) basieren. In dem weiten Feld der gitterfreien Solver, welche direkt die Navier-Stokes-Gleichungen lösen, sind die finiten Punkte Methoden sehr weit verbreitet. Die sogenannten Partikelmethoden lösen die Boltzmann-Gleichung (Lattice-Boltzmann-Methode, Smoothed Particle Hydrodynamics-Methode).

Navier-Stokes Equations used in Nogrid Software
Abb. 1: Navier-Stokes Gleichungen gelöst mit der NOGRID Software

CFD Software von NOGRID

Da die NOGRID Strömungssimulationssoftware direkt die Navier-Stokes-Gleichungen löst und das Kontinuum mittels der finite Punktewolke diskretisiert, basiert der NOGRID Solver zwar auf einer gitterfreien Methode, zählt aber nicht zu den Partikelmethoden.

NOGRID points CFD Software basiert auf der gitterfreien Finite Pointset Methode (FPM) und ist geeignet für alle Simulationsaufgaben aus dem weiten Feld der Strömungs- und Kontinuumsmechanik. Die Software löst nicht nur Fluidströmungen, sondern auch Probleme mit elastischen oder plastischen Verformungen. NOGRID points berücksichtigt alle dickflüssigen als auch elastischen/plastischen Spannungstensoren sowie jegliche Mischung davon.

Der NOGRID-Simulationssoftware liegt eine der modernsten Technologien aus dem Gebiet der numerischen Strömungssimulation zugrunde. Klassische numerische Methoden (wie z.B. die Finite Elemente- oder die Finite Volumen-Methode) benötigen für die Simulation ein zeitaufwendig zu erstellendes Gitternetz . Die NOGRID points CFD (Computational Fluid Dynamics) Software basiert auf einer gitterfreien Methode, welche im Gegensatz zu den klassischen numerischen Methoden kein Gitter bzw. Netz benötigt.

 

Heat Exchanger
Abb. 2: Stromlinien in einem 2-Fluid Wärmetauscher berechnet mit NOGRID points

Einführung einer CFD Software in Ihr Unternehmen

Die Einführung von CFD-Software in einem Unternehmen erfordert sehr oft einige Vorbereitungen. Wie die Benutzer wissen, beeinflussen viele Parameter und Bedingungen die Eigenschaften des Endprodukts und seine Qualität.

Wenn beispielsweise die Flüssigkeitsviskosität nicht genau bekannt ist, können die Ergebnisse der Simulation stark variieren. Dasselbe gilt für die Anfangsbedingungen. Aus praktischer Sicht ist es oft nicht möglich, die Anfangstemperatur einer Flüssigkeit vollständig zu messen. Unternehmen versuchen, die Temperatur in Forschungsprojekten zu messen, aber die gemessene Temperatur schwankt sehr oft (insbesondere in der Glasindustrie).

Aus all diesen Gründen muss der Ingenieur Annahmen für die Simulation treffen und die Simulationsergebnisse experimentell beweisen und anpassen.

Für die Einführung der CFD-Software in Ihrem Unternehmen sind in der Regel 3 Schritte erforderlich:

  1. Proof-of-Concept-Phase
  2. Pilotphase
  3. Produktionsphase

 

Eine der Möglichkeiten, einen Proof-of-Concept durchzuführen, besteht darin, einen Benchmark zu erstellen und diesen Benchmark mit dem neuen Simulationstool zu berechnen. Die Anzahl der in dieser Phase zu untersuchenden Benchmark-Varianten hängt von der Branche ab, sollte aber nicht unter 3 liegen. Aufgrund der komplexen Physik in jeder Branche sind sicherlich mehr Tests erforderlich.
In dieser ersten Phase wird das Simulationstool in kleinem Maßstab verwendet, wobei genügend Zeit bleibt, um verschiedene Möglichkeiten zu erkunden, wie es verwendet werden kann.
Für diese Proof-of-Concept-Phase sollten Ziele festgelegt werden, um das zu erreichen, was im aktuellen organisatorischen Kontext erforderlich ist.

In der zweiten Phase, der Pilotphase, beginnen ein oder mehrere qualifizierte Designer/Ingenieure damit, die Simulationssoftware in der eigenen Produktionsumgebung zu evaluieren. Die Benutzer versuchen, die beste Übereinstimmung zwischen Experiment und Simulation zu finden:

  1. Messen Sie alle experimentellen Daten, die für den Produktionsfall oder Benchmark verfügbar sind
  2. Berechnen Sie den Prozess, indem Sie die Eigenschaften und Bedingungen anpassen, bis Sie die beste Übereinstimmung zwischen Simulation und erreichen

 

Nach Schritt b. kann der Benutzer damit beginnen, das Produktdesign oder die realen Prozessbedingungen zu ändern und durch Simulation nachzuweisen.

Wenn auch für den neuen Benchmark eine gute Übereinstimmung gefunden wird, war die Simulation erfolgreich und sollte in der Lage sein, zukünftige Produkt-/Produktionsänderungen korrekt vorherzusagen.

In dieser Pilotphase werden die meisten unbekannten Bedingungen und Eigenschaften gefunden. Darüber hinaus wird erwartet, dass eine Pilotphase Probleme oder Probleme hat – sie sollten so gelöst werden, dass sie später von allen genutzt werden können.

Das Pilotprojekt sollte mit allen möglichen Produkten an verschiedenen Orten experimentieren, um alle möglichen Bedingungen in die Einstellungen einzubeziehen. Die Ziele für ein Pilotprojekt für ein neues Tool sind:

  • Um mehr über das Werkzeug im Detail zu erfahren und unbekannte Bedingungen und Materialeigenschaften abzuschätzen und zu bewerten
  • Um zu sehen, wie das Tool zum realen Prozess passt
  • Entscheidung über Standardmethoden zur Verwendung des Tools, die für alle potenziellen Benutzer funktionieren
  • Bewertung des Pilotprojekts anhand seiner Ziele (wurden die Vorteile zu vertretbaren Kosten erzielt?)

 

Wenn die Pilotphase erfolgreich abgeschlossen ist, kann schließlich die dritte Phase – die Produktionsphase – gestartet werden. In dieser Phase wird die Software allen Konstrukteuren/Ingenieuren zur Verfügung gestellt, um ein Produkt oder einen Prozess zu optimieren oder einfach zu prüfen, ob ein neues Produkt Schwierigkeiten bereitet oder einfach gut funktioniert, ohne etwas zu tun, bevor es in die Produktion geht.

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 Punkte im Inneren werden während der Simulation automatisch generiert.
Easy Modelling

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 Prozessleistung 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 vorherzusagen, zu analysieren und zu kontrollieren und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihre Prozessleistung zu optimieren. Dadurch erhalten Sie 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 Testen und Experimentieren hilft die NOGRID Strömungssimulationssoftware die Bewertung Ihres Designs zu verbessern und den Erfolg 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, 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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55130 Mainz, Germany
info@nogrid.com

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