7 Gründe, warum Simulation sinnvoll ist

Computational Fluid Dynamics (CFD) beschäftigt sich der Vorhersage von Fluidströmungen, Wärmeübertragungen, Stoffübertragungen, chemischen Reaktionen und verwandten Phänomenen, indem die mathematischen Modelle, die diese Prozesse beschreiben, mithilfe eines numerischen Verfahrens gelöst werden. CFD wird zu einem immer wichtigeren Konstruktionswerkzeug im Ingenieurwesen und auch zu einem wesentlichen Forschungswerkzeug in bestimmten physikalischen Wissenschaften. Aufgrund der Fortschritte bei numerischen Lösungsverfahren und Computertechnologie können heute auch geometrisch komplexe Fälle behandelt werden.

Floaten von Flachglas

Abbildung 1:

Temperaturverteilung im Glas einschließlich der Geschwindigkeitsvektoren für den Spout-Lip Bereich innerhalb des Glasfloat-Verfahrens zur Herstellung von Flachglas. In diesem Bereich fließt das Glas von der Spout-Lip auf das geschmolzene flüssige Zinn.

Durch den Einsatz dieser neuen Techniken können Designer früh im Designzyklus überprüfen, ob ihre Produkte den Spezifikationen ihres Kunden entsprechen. So wird der Produktentwicklungsprozess beschleunigt und die Kosten durch die Vermeidung von Produktionsversuchen gesenkt. CFD kann verwendet werden, um Materialeigenschaften, Wärmeübertragungsraten und chemische Reaktionen während des Prozesses und für das Endprodukt zu berechnen. Diese Vorteile sind sehr wichtig und haben Ingenieuren geholfen, Einblicke in Probleme zu gewinnen, bei denen analytische Lösungen unmöglich sind und/oder experimentelle Messungen zu schwierig oder zu teuer sind. Für komplexe Temperaturprobleme (insbesondere solche mit Wärmestrahlung) oder Simulation von Systemen mit chemischen Reaktionen ist CFD oft wirklich die einzige Option, da physikalische Modelle normalerweise bei Raumtemperatur laufen und für Experimente in einer Produktionsumgebung die Messung der Temperatur oder Spezies Konzentration ist oft sehr schwierig und kann sehr große Ungenauigkeiten enthalten. CFD Simulationen laufen immer bei der richtigen Temperatur und ohne parasitäre Stör- oder Seiteneffekte.

Nachfolgend 7 Gründe, warum Simulation sinnvoll ist:

Kostenreduktion

Die Kosten für Simulationen sind in der Regel deutlich geringer als die Kosten für Experimente oder Produktionsversuche. Die Kosten für Simulationen sind relativ günstig und die Kosten sinken seit Jahren, obwohl Computer leistungsfähiger werden.

Kürzere Entwicklungszeiten

Die Entwicklungszeit ist im Vergleich zu Produktionsversuchen oder Experimenten viel kürzer.

Ideale Bedingungen

Spezifische Effekte oder Bedingungen können isoliert oder unter idealen Bedingungen betrachtet werden. Dies ist die Grundlage für das Verständnis der Prozesse und Vorraussetzung für Optimierungen und Verbesserungen.

Ergebnisse an jedem Ort und zu jedem Zeitpunkt

Die Daten in Experimenten können nur an einer begrenzten Anzahl von Stellen im System gemessen werden. Im Vergleich zu Experimenten werden Simulationsergebnisdaten zu jedem beliebigen Ort oder Zeitpunkt berechnet. Der Detaillierungsgrad ist praktisch unbegrenzt und je komplexer die Situation, desto mehr Vorteile hat die Simulation.

Nur die Simulation kann in den Prozess blicken

Im Vergleich zu Experimenten kann manchmal nur die CFD-Simulation in den Prozess hineinschauen und das Strömungsbild oder die Wärmeströme sichtbar machen.

Schnelle Vorhersage

Prototypen können schnell analysiert und bewertet werden und die Simulation kann prüfen, was passieren kann, wenn sich beispielsweise eine Randbedingung ändert (Wie beeinflusst die Erhöhung des Einlassmassenstroms die Qualität des Endprodukts?).

Erhöht das Wissen

Simulation kann zu einem besseren Verständnis des Problems beitragen. So verbessert es Ihr Wissen, schafft die Grundlage für die Schulung von Designern und Ingenieuren und hilft, das Wissen innerhalb des Teams auszutauschen. Außerdem ist die Dokumentation des Prozesses und die Dokumentation des Projektfortschritts viel besser. Dadurch wird der Wissensaustausch in Ihrem Unternehmen verbessert und langfristig die Qualität und Produktivität gesteigert.

Die CFD-Modellierung ist fast immer schneller als die physische Modellierung oder die Durchführung von Produktionsversuchen. In vielen Fällen sind Konstruktionsergebnisse aus einem CFD-Modell mehrere Wochen oder Monate vor ähnlichen Ergebnissen aus Experimenten verfügbar. Und je komplizierter oder repetitiver die Modellgeometrie ist, desto mehr Vorteile hat das CFD-Modell. Sobald ein CFD-Modell erstellt ist, kann es gleichzeitig auf separaten Computern ausgeführt werden. Somit können mehrere Designs gleichzeitig bewertet werden. CFD-Modellstudien sind in der Regel 30-70 % günstiger als ein vergleichbarer experimenteller Aufwand, insbesondere wenn bereits ein CFD-Modell existiert. Dies hängt sehr stark mit dem Produkt und dem Produktionsprozess zusammen, der den Zeitplan beeinflusst. Außerdem können viele CFD-Aufgaben mit dem Computer automatisiert werden, einschließlich des Designoptimierungsprozesses, während Experimente oder echte Designänderungen natürlich nur manuell und meistens zeitlich seriell durchgeführt werden können.