Blow Molding Tank

Fuel tanks made by plastics allow for weight reduction and high accuracy in comparison to steel tanks and they are free in design to fit into given space. The blow molding allows to produce tanks with complex geometry. The challenges are the stability under pressure, the integration of internal components and the chemical resistance against the fuel. A key question in the design is the wall thickness of the tank. It is a result of the initial thickness of the plastic parison and the flow properties of the melted plastic.

 

Figure 1: Extrusion blow molding process in full 3-D (no shell elements) using a flat parison with variable thickness


Three main types of blow molding are widely used (extrusion blow molding, injection blow molding, and injection stretch blow molding) and in this article we present an extrusion blow molding process in full 3-D by which two (initially flat) plastic parts are formed and joined together later. Forming means that the flat parison of variable thickness is blown into a cavity and held there until it is sufficiently cool. The meshless CFD simulation software NOGRID points can help to understand all phases of the blow molding process, beginning with the clamping (or pressing) of the sheet in the tool, the pressure loading, the first touch of the sheet at the wall and the final stretching to all corners of the tank geometry.

Easy-To-Use

  1. Construct or import a geometrical model by using our pre-processor CAD tool Compass

    Figure 2: CAD model created in Nogrid's Compass

  2. Set up all parameters like blow pressure or material/fluid properties

    Blow molding tankFigure 3: Simulation results shown in Nogrid's GUI (results format is Ensight, so Ensight or Paraview can be used as post-processor as well)

  3. Perform a CFD simulation
    Blow Molding simulation
  4. Figure 4: Initial extruded flat parison with variable thickness distribution in full 3-D (no shell elements)

 

NOGRID unites abilities to handle free surface flow and moving parts in the domain and allows the simulation of any conceivable mold geometry and operation modes such as

  • blow sheets with individual thickness distribution
  • computation is in full 3-D solving complete Navier-Stokes-Equations
  • moving of the middle part (for clamping or pressing)
  • free definable material properties by equations or curves,
  • large tank geometries with small gaps or cutouts and
  • open or closed molds including moving of the middle tool (plunger).
 
NOGRID's particular strengths are the rapid preprocessing (no grid needs to be generated) and the outstandingly short computation time even for complicated cavities.


What is CFD from NOGRID?

CFD solves the fundamental equations that define the fluid flow process. With CFD software from NOGRID every engineer makes better decisions by predicting, analyzing and controlling fluid flow, heat and mass transfer or chemical reaction. By using NOGRID  simulation software you receive information on essential flow characteristics as for example flow distribution. Using it additional to testing and experimentation NOGRID software helps to improve the evaluation of your design – resulting in better construction and operation parameters, increasing planning security and money savings due to faster time to the marketplace for your product or process.

Choose NOGRID

With NOGRID, you choose professional CFD simulation software and services – our aim is helping you to be successful. When you decide to work with NOGRIDyou choose close cooperation with a dynamic, flat hierarchies-organization. Short information channels result in quick and accurate professional support and service. Our team consists of highly qualified employees, who are experts in fields such as numerical simulation or computational fluid dynamics. Based on our know-how, we are pleased to offer the following services, responding to your individual requirements:

TRAINING

In our two-days training courses you will learn, how to use NOGRID CFD simulation software efficiently. Our technical support team will teach you how to handle and solve different cases.

TECHNICAL SUPPORT

We offer full professional support from the minute you start using our software, by telephone or by email. Contact us, when ever needed.

SERVICE

Lack of time or resources and other constraints often make outsourcing an attractive solution. We help you with your flow modeling needs. Based on our engineering expertise in this field we offer individual numerical simulation services matching the unique needs of your organization.

 

 

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Ein Solver für verschiedene Strömungstypen

Um die Strömung zu berechnen, muss ein gekoppeltes System von partiellen Differentialgleichungen gelöst werden. In der Strömungslehre kann man diese partiellen Differentialgleichungen anhand ihres Strömungsverhaltens charakterisieren. Die Strömungseigenschaften können in parabolisch, hyperbolisch und elliptisch klassifiziert werden. Diese Klassifizierung wurde von Smith (1978) und Hirsh (1989) vorgestellt und beschreibt eine Analogie zwischen diesen Typen von partiellen Differentialgleichungen und den Kurventypen zweiter Ordnung. Die Klassifikation liefert eine Richtlinie für Anfangszustände und Randbedingungen und für die Glattheit der Ergebnisse.

Unsere CFD Simulationssoftware NOGRID pointskann alle diese Strömungstypen mit Hilfe eines Solvers simulieren. In den folgenden vier Abbildungen unterscheiden sich nur die Materialeigenschaften, der Solver bleibt für alle Berechnungen der Gleiche.

 

CFD meshless flow simulation elliptic flow behavior


Abb. 1: Wasser fließt über Treppenstufen: elliptisches Strömungsverhalten (Gesamtzeit 3: Sekunden)

CFD meshless Flow Simulation parabolic flow behavior


Abb. 2: Honig fließt über Treppenstufen: parabolisches Strömungsverhalten (Gesamtzeit: 19 Sekunden)

CFD meshless Flow Simulation mixed flow behavior


Abb. 3: Butter fällt Treppenstufen hinunter: gemischtes Strömungsverhalten (Gesamtzeit: 2,8 Sekunden)

CFD meshless Fluid dynamics hyperbolic flow


Abb. 4: Ein Radiergummi fällt Treppenstufen hinunter: hyperbolisches Strömungsverhalten (Gesamtzeit: 0,6 Sekunden)


Abbildung 1 zeigt eine Strömung mit einer sehr kleinen Viskosität, wie Wasser. Aus diesem Grund ist die Reynoldszahl groß. In Abbildung 2 haben wir den gleichen Fall berechnet, aber wir haben eine hohe Viskosität eingesetzt (100 Pa s). Deshalb ist in Abbildung 2 die Reynoldszahl sehr klein (RE <<1). In Abbildung 4 haben wir kein Strömungsverhalten berechnet, sondern die linear elastische Deformation eines Materials mit linear-elastischen Materialeigenschaften, wie ein Radiergummi. Das Modell, das in Abbildung 3 verwendet wurde, ist eine Mischung aus allen implementierten Modellen und könnte als visko-elastisches Materialverhalten charakterisiert werden.

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Extrusionsblasen Tank

Treibstofftanks aus Plastik ermöglichen Gewichtsreduktionen und eine hohe Genauigkeit im Vergleich zu Stahltanks. Ihr Design kann beliebig an einen gegebenen Raum angepasst werden. Das Extrusionsblasen ermöglicht es, Tanks mit komplexen Geometrien zu produzieren. Herausforderungen sind die Stabilität unter Druck, die Integration interner Komponenten und die chemische Resistenz gegen Treibstoff. Eine zentrale Frage beim Designen ist die Wanddicke des Tanks, die das Ergebnis der ursprünglichen Dicke des Kunstoffrohlings und den Strömungseigenschaften des geschmolzenen Polymers ist.

 

 

Blow molding

Abbildung 1: Extrusionsblasprozess eines Tanks in voll 3D (keine Schalenelemente) unter Verwendung eines flachen Rohlings mit variabler Dicke

Es werden überwiegend drei Hauptarten von Blasformung genutzt: das Extrusionsblasen, das Spritzblasen und das Spritzstreckblasen. In diesem Artikel stellen wir einen Extrusionsblasprozess in voll 3 D vor, bei dem zwei (ursprünglich flache) Plastikteile geformt und später zusammengeführt werden. Formen bedeutet, dass der flache Rohling mit variabler Dicke in einen Hohlraum geblasen wird und dort bleibt, bis er kühl genug ist. Die gitterfreie CFD Simulationssoftware NOGRID points kann dabei helfen, alle Phasen des Blasformverfahrens zu verstehen, beginnend mit dem Klemmen (oder Pressen) des Plastikteils in das Werkzeug, dem ersten Kontakt der flüssigen Kunststoffplatte mit der Wand und dem endgültigen Dehnen zu allen Ecken der Tankgeometrie.

Leicht anzuwenden:

  1. Konstruieren oder importieren Sie ein geometrisches Modell mit Hilfe unseres Preprocessor-CAD-Tools Compass

    CAD Blow Mold TankAbbildung 2: CAD-Modell, erstellt in Nogrid's Compass

  2. Stellen Sie alle Parameter wie den Blasdruck oder die Material- und Fluideigenschaften ein
    Dickenverteilung Simulation TankrohlingAbbildung 3: Ursprünglich extrudierter flacher Rohling mit variabler Dickenverteilung in voll 3D (keine Schalenelemente)

  3. Führen Sie eine CFD-Simulation durch

    Blow MoldingAbbildung 4: Simulationsergebnisse, dargestellt in Nogrid's GUI (das Ergebnisformat ist Ensight, es kann sowohl Ensight oder Paraview als Postprozessor verwendet werden)

 

NOGRID vereint die Fähigkeiten, solche freien Oberflächenströmungen und bewegte Teile im Definitionsbereich zu handhaben und erlaubt die Simulation jeglicher denkbaren Formgeometrie und Betriebsarten, wie z. B.

  •  Kunststoffplatte mit individueller Dickenverteilung
  •  Die Berechnung erfolgt in voll 3D, wobei die komplette Navier-Stokes-Gleichung gelöst wird
  •  Bewegung des Mittelteils (für das Klemmen oder Pressen)
  •  Frei definierbare Materialeigenschaften durch Gleichungen oder Kurven
  •  Große Tankgeometrieen mit kleinen Lücken oder Aussparungen und
  •  Offene oder geschlossene Formen inklusive der Bewegung des mittigen Tools (Plunger)

NOGRID's besondere Stärke ist zum einen das schnelle Preprocessing (es muss kein Gitter erzeugt werden) sowie die besonders kurze Rechenzeit, auch für komplizierte Hohlräume.

 

Was ist CFD von NOGRID?

CFD löst die fundamentalen Gleichungen, die den Strömungsprozess definieren. CFD Software von NOGRID hilft jedem Ingenieur dabei, bessere Entscheidungen treffen – durch Vorhersage, Analyse und Kontrolle von Strömung, Wärme- und Massenübertragung oder der chemischen Reaktion. Durch die Verwendung von NOGRID Simulationssoftware erhalten Sie Informationen über essentielle Strömungseigenschaften, wie beispielsweise die Strömungsverteilung. Wenn Sie die Software zusätzlich zum Testen oder für Experimente einsetzen, hilft Ihnen die NOGRID Software dabei, die Bewertung Ihres Designs zu verbessern, was zu besseren Konstruktions- und Betriebsparametern führt. Darüber hinaus steigt Ihre Planungssicherheit und Sie sparen Zeit und Geld dadurch, dass Sie Ihr Produkt schneller auf den Markt bringen können.

Entscheiden Sie sich für NOGRID

Mit NOGRIDentscheiden Sie sich für professionelle CFD Simulationssoftware und exzellenten Service. Unser Ziel ist es, Ihnen dabei zu helfen, noch erfolgreicher zu sein. Wir sind ein dynamisches Team mit flachen Hierarchien und kurzen Informationswegen. Dadurch können wir Sie mit schnellem Support und Service begleiten und auf Ihre individuellen Anfragen flexibel reagieren. Unsere Mitarbeiter sind hoch qualifizierte Experten in numerischer Simulation und Computational Fluid Dynamics (CFD).

Wir bieten folgende Serviceprodukte an und stellen uns dabei auf Ihre individuellen Bedürfnisse ein:

TRAINING

In unseren zweitägigen Trainingskursen lernen Sie, wie Sie NOGRID CFD Simulationssoftware effizient anwenden. Unser technisches Support-Team zeigt Ihnen, wie bestimmte Fälle behandelt und gelöst werden.

TECHNISCHER SUPPORT

Wir bieten professionellen und schnellen Support, und zwar von der ersten Minute an, in der Sie unsere Software nutzen. Kontaktieren Sie uns, wann immer Sie uns brauchen, per Telefon oder per Email.

SERVICE

Oft sind Zeit und Ressourcen knapp bemessen, so dass das Outsourcen von Simulationsaufgaben eine attraktive Alternative sein kann, anstehende Simulationen zu bearbeiten. Wir bieten eine Fülle von Serviceleistungen auf dem Gebiet der Simulation von Strömungen an, die Ihren individuellen Bedürfnissen gerecht werden.

 

 

 

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Füllen von Formen mittels nicht-newtonischem Fluid

Das Füllen einer Form mit flüssigem Polymer ist ein kompliziertes strömungsmechanisches Problem. Die exakte Berechnung des Prozesses kann hervorragend dazu beitragen, die Schwächen der fertigen Form, wie beispielsweise ungefüllte Aushöhlungen, strukturelle Schwäche durch z. B. unsachgemäßes Herunterkühlen, Lufteinschlüsse oder anderweitig zerstörte Bindenähte zu verstehen. 


NOGRID points ermöglicht eine schnelle Berechnung der freien Oberfläche an der Strömungsvorderseite und ist dazu in der Lage, komplizierte Materialeigenschaften und Randbedingungen zu integrieren, wodurch  eine tiefgehende Analyse dieses Prozesses möglich ist.

CFD meshless Flow Simulation filling mold form
Abb. 1: Das Füllen eines Mikrokanals unter Anwendung des Carreau-Modells, berechnet mit CFD Simulationssoftware 
            NOGRID points


Das oben gezeigte symmetrische Modell wurde ohne die Verwendung von Symmetrie berechnet. Trotzdem treffen sich die beiden Strömungsfronten genau in der Mitte der Form. Die Viskosität des Polystyrens ist durch das Carreau-Modell spezifiziert und hängt damit vom Geschwindigkeitsgradienten ab. Mit Hilfe der Simulation kann die Strömung im Eingangsbereich des Mikrokanals beobachtet werden, wodurch das Formen der Bindenähte in der Mitte verständlicher wird.

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Mold Filling using a non-Newtonian fluid

The filling of a mold form with liquid polymer is a complicated fluid mechanical problem. The exact computation of the process can greatly help to understand deficiencies of the finished mold such as unfilled cavities, structural weaknesses e.g. due to inappropriate cooling down, air traps or misplaced or otherwise corrupted weld lines.

NOGRID points(a meshless CFD simulation software) enables a fast computation of the free surface at the flow front in conjunction with the ability to incorporate complicated material properties and boundary conditions allow an in-depth analysis of this process.

CFD meshless Flow Simulation filling mold form

Figure 1: Filling a micro channel using the Carreau model

The symmetric model shown above is computed without the use of symmetry. Nevertheless the two flow fronts meet exactly in the middle of the mold form. The viscosity of the polystyrene is determined by the Carreau model (i.e. it depends on the shear rate). The simulation can be used to study the flow at the entrance into the micro channel section and to understand the forming of the weld line at the center.

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One Solver for different Types of Flows

In order to compute a fluid flow a coupled system of partial differential equations (PDE's) has to be solved. In fluid mechanics one can characterize these PDE's according to the flow behavior they describe. These flow characteristics can be classified as parabolic, hyperbolic or elliptic. This classification was introduced by Smith (1978) and Hirsh (1989) and it prescribes an analogy between the type of the PDE and the type of the curves of second order. The classification provides a guide to appropriate initial and boundary conditions and to smoothness of the solutions.

This article shows the ability of our meshless CFD software NOGRID pointsto simulate all these types of flows using one solver. In the following four figures only the material properties are different, the solver remains the same for all computations.

CFD simulation elliptic flow behavior

Figure 1: Water is flowing on steps: elliptic flow behavior (total time 3 s)

CFD meshless Flow Simulation parabolic flow behavior

Figure 2: Honey is flowing on steps: parabolic flow behavior (total time 19 s)

CFD meshless Flow Simulation mixed flow behavior

Figure 3: Butter is falling down the steps: mixed flow behavior (total time 2.8 s)

CFD meshless Fluid dynamics hyperbolic flow

Figure 4: A rubber is falling down the steps: hyperbolic flow behavior (total time 0.6 s)

Figure 1 shows a flow with a very small viscosity, like water. Thus the Reynolds number is huge. In figure 2 we computed the same case but we inserted a high viscosity (100 Pas). So in figure 2 the Reynolds number is very small (Re <<1). In figure 4 we computed not a flow but the displacements of a material with linear elastic material properties, like a rubber. The model used in figure 3 is a mixture of all implemented models and it could be characterized by visco-plastic material behavior.

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Simulation of Polyurethane - Foaming Dashboard

Simulation of Polyurethane - Foaming Dashboard

The simulation of polyurethane (PU) foaming of a dashboard can be performed with our CFD simulation software NOGRID points.This software can help to understand the flow inside the cavity. It can show the entrapment of air, the foam density distribution of the isolation material and the pressure of the PU foam acting on the cavity. NOGRID unites abilities to handle free surface flow and moving parts in the domain and allows the simulation of any conceivable dashboard geometry and operation modes such as

  • polyurethane (PU) injection by one or more inlets,
  • moving of the mixing head,
  • free definable polyurethane (PU) properties by equations or curves,
  • large car dashboard geometries with small gaps or cutouts and
  • open or closed molds including moving of the top mold (plunger).
NOGRID's particular strengths are the rapid preprocessing (no grid needs to be generated) and the outstandingly short computation time even for complicated cavities.


Dashboard

Figure 1: Simulation of  dashboard polyurethane (PU) foam injection using a fix inlet. Shortly after injection the effect of gravity can be seen (Geometry: Faurecia Interior Systems).

 

 

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Simulation of Polyurethane - Foaming Fridge

Simulation of Polyurethane - foaming fridge

 
The simulation of the polyurethane(PU) foaming in a fridge can be performed with our CFD simulation software NOGRID points.  By using polyurethane foams a good thermal isolation can be achieved. The most efficient way to produce a thermal isolation of a refrigerator is the injection of PU directly into the hollow wall. The foaming takes place in the cavity and fills it completely.
NOGRID points can help to understand the flow inside the cavity. It can show the entrapment of air, the density distribution of the isolation material and the pressure of the PU foam acting on the cavity. NOGRID unites abilities to handle free surface flow and moving parts in the domain and allows the simulation of any conceivable refrigerator geometry and operation modes such as
  • polyurethane (PU) injection by one or more inlets,
  • moving parts and inlets,
  • free definable PU properties by equations or curves and
  • large refrigerator geometries with small gaps or cutouts.
NOGRID's particular strengths are the rapid preprocessing (no grid needs to be generated) and the outstandingly short computation time even for complicated cavities with very small ducts.



Three possible types of production

The left example shows a refrigerator where the PU is injected using two inlets at the lower side. The foaming process starts when the PU enters the cavity, the filling is done after two seconds. In the middle example the fluid is injected by a pipe which moves outwards during the filling process. In the right example the simulation starts with PU liquid inside an open cavity. The cavity closes and presses the foaming liquid into the refrigerator wall.

PU injection in a fridge by two fixed inlets PU injection by a moving pipe PU distribution in a fridge by a closing cavity
Figure 1: Simulation of PU foaming in a fridge - injection by two fixed inlets (left), injection by a moving pipe (middle) and PU distribution by a closing cavity; computed with NOGRID points
Click on the animations to see high quality videos.


Identification air entrapment

Air entrapment increases the heat conductivity of the thermal isolation and must be avoided. CFD simulations can reveal critical positions. In our simulation the cooling cutouts on the lower left side of the refrigerator are at risk for an entrapment, see figure 2. The PU enters the gaps from both sides, resulting in an entrapment of air. A solution would be ventilation holes or different inlet positions.

Velocity field and free surface flow near cooling cutouts in a fridge

Figure 2: Velocity field and free surface flow near cooling cutouts, computed with NOGRID points
The simulation shows that this position is at risk for an air entrapment.

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Simulation of Polyurethane: Foaming Cup

Simulation of polyurethane - foaming cup

The simulation of polyurethane (PU) foamingcan be performed with our CFD simulation software NOGRID points.Polyurethanes are synthetic materials or resins covering a wide range of stiffness, hardness and densities. They are used as low density foam e.g. in upholstery fabrics and refrigerator insulation and as soft or hard plastic parts ranging from shoes to skateboard wheels to car dashboards to vibration and shock absorbers, to name just a few examples.

In most industrial production processes liquid polyurethane is injected into a closed mold where it reacts and expands to finally fill out the mold. In this process air bubbles might be entrapped or a structural failure of the hardened but still expanding plastic might occur, resulting in defects, instabilities or unattractive surfaces.

Meshless CFD foaming polyurethaneFigure 1: Foaming polyurethane

The simulation of the chemical reaction and foaming process by a viscoelastic fluid helps to formulate and verify material models for the different polyurethanes, to analyze the forming of air traps and to optimize the production process by varying the position of the injection vents or other parameters without the need of expensive prototypes.

The meshless CFD simulation software NOGRID points abilities to efficiently handle fast varying fluid surfaces in complex geometries with rapidly changing material properties make it a supreme tool for such simulations.

In figure 1 the foaming process in an open can, perforated by a small cylinder, is shown. By symmetry only a quarter of the model needs to be simulated. One can see that at the end the mold overflows and forms the typical shape before the reaction finally stops.

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Simulation Polyurethan - Aufschäumen Dashboard

Simulation von Polyurethan - Aufschäumen eines Dashboards

Für die Simulation des Aufschäumens eines Dashboards mit Polyurethan (PU) eignet sich unsere CFD Simulationssoftware NOGRID points hervorragend. Die Software kann helfen, die Strömung innerhalb eines Hohlraumes während des Aufschäumprozesses zu verstehen. Sie zeigt Lufteinschlüsse, die Dichteverteilung und den Druck des Polyurethanschaumes auf die Wände des Hohlraumes. NOGRID points kann freie Oberflächenströmungen und bewegte Teile eines Defintionsbereiches berechnen und ermöglicht darüber hinaus die Simulation verschiedenster Dashboardgeometrien wie z. B.

  • PU Injektion durch eine oder mehre Injektionsorte,
  • Bewegter Mischkopf,
  • frei definierbare PU Eigenschaften durch Gleichungen oder Kurven,
  • große Dashboardgeometrien mit kleinen Spalten oder Aussparungen,
  • offene oder geschlossene Formen einschließlich der Bewegung des Plungers.
NOGRID's hervorzuhebende Stärken sind das schnelle Pre-Processing (es muss kein Netz erzeugt werden) und die bemerkenswert kurze Rechenzeit - auch für komplizierte Hohlräume.

dashboard

Abb. 1: Simulation des Polyurethane-Aufschäumprozesses eines Dashboards mit einem festen Injektionsort (Geometrie: Faurecia Interior Systems).

 

 

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Simulation Polyurethan - Aufschäumen im Becher

Simulation von Polyurethan - Aufschäumen in einem Becher

Polyurethane sind synthetische Materialien oder Harze, die eine große Bandbreite an Steifigkeit, Härte und Dichte abdecken. Sie werden als Schäume mit geringen Dichten in Polsterstoffen oder Kühlschrankisolationen und als Weich- oder Hartplastikteile verwendet - von Schuhen oder Skateboardrädern bis hin zu Autoarmaturenbrettern oder Schwingungsdämpfern, um nur einige Beispiele zu nennen.

In den meisten industriellen Produktionsprozessen wird flüssiges Polyurethan in eine geschlossene Form hineingespritzt, wo es sich ausdehnt, bis es die Form ausfüllt. Innerhalb dieses Prozesses können Luftblasen eingeschlossen werden oder aber  es können strukturelle Fehler des erhärteten, aber sich immer noch ausdehnenden Kunststoffes durch Defekte, Instabilitäten oder unansehnliche Oberflächen entstehen.

Simulation Polyurethan-Aufschäumen mit gitterfreier CFD Software

Abb. 1: Simulation Polyurethanaufschäumung im Becher, berechnet mit NOGRID points

Die Simulation der chemischen Reaktion und des Aufschäumungsprozesses von viskoelastischen Flüssigkeiten hilft dabei, die Bildung von Lufteinschlüssen zu analysieren und den Produktionsprozess durch Variation der Position der Injektionsöffnung oder anderer Parameter zu variieren, ohne dass man auf teure Prototypen zurückgreifen muss.

Die Fähigkeit der CFD Simulationssoftware NOGRID points, sich schnell ändernde Flüssigkeitsoberflächen mit komplexen Geometrien bearbeiten zu können und zeitabhängige Materialeigenschaften effizient handzuhaben, macht diese Software zu einem hervorragenden Tool für diese Art von Simulationen.

In Abbildung 1 wird der Aufschäumungsprozess in einem offenen Becher, der durch einen kleinen Zylinder perforiert wird, gezeigt. Durch die Symmetrie muss nur ein Viertel des Modells simuliert werden. Man kann sehen, dass am Ende die Form überläuft und die typische Form annimmt, bevor die Reaktion plötzlich stoppt.

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Simulation Polyurethan: Aufschäumen Kühlschrank

Simulation von Polyurethan: Aufschäumen eines Kühlschranks

Die Simulation des Polyurethan (PU)-Aufschäumprozesses in einem Kühlschrank kann hervorragend mit unserer CFD Simulationssoftware NOGRID points durchgeführt werden. Durch die Verwendung von Polyurethanschäumen kann eine gute thermische Isolation erreicht werden. Der effizienteste Weg, eine thermische Isolation eines Kühlschrankes zu erreichen, ist die PU-Injektion direkt in einen Hohlraum. Der Aufschäumprozess findet in diesem Hohlraum statt und füllt ihn komplett aus. 

NOGRID points kann helfen, die Strömung in der Isolationswand eines Kühlschrankes während des Aufschäumprozesses zu verstehen. Die Software zeigt Lufteinschlüsse, die Dichteverteilung des Wärmedämmungsmaterials und den Druck des Polyurethans auf die Außenwand. Sie kann freie Oberflächenströmungen und bewegte Teile eines Definitionsbereiches berechnen, darüber hinaus erlaubt sie die Simulation jeder denkbaren Kühlschrankgeometrie und Betriebsart wie

  • Polyurethan (PU) Injektion durch eine oder mehr Einflussöffnungen
  • bewegte Teile und Einflussöffnungen
  • frei definierbare PU Eigenschaften durch Gleichungen oder Kurven und
  • große Kühlschrankgeometrien mit kleinen Spalten oder Aussparungen.


NOGRIDs spezielle Stärken sind das schnelle Pre-Processing (es muss kein Netz erzeugt werden) und die herausragend kurze Rechenzeit, auch für komplizierte Hohlräume mit sehr kleinen Röhren. 


Drei mögliche Produktionstypen 

Das linke Beispiel zeigt einen Kühlschrank, bei dem das PU durch zwei Einflussöffnungen an der unteren Seite injiziert wird. Der Aufschäumprozess beginnt, sobald das PU sich im Hohlraum befindet; der Füllprozess dauert zwei Sekunden. 

In dem mittleren Beispiel wird das Fluid durch eine Röhre injiziert, die sich während des Füllprozesses nach außen bewegt.

Im rechten Beispiel beginnt die Simulation mit flüssigem PU innerhalb eines offenen Hohlraumes. Der Hohlraum schließt sich und presst die aufschäumende Flüssigkeit in die Kühlschrankwände.

PU Injektion durch zwei feststehende Einflussöffnungen in einem KühlschrankPU-Injektion durch eine sich bewegende RöhrePU Verteilung durch einen sich schließenden Hohlraum

 
Abb. 1: Simulation des Polyurethan-Aufschäumprozesses in einem Kühlschrank -  PU Injektion durch zwei feststehende Einflussöffnungen (links), Injektion durch eine sich bewegende Röhre (Mitte) und PU Verteilung durch einen sich schließenden Hohlraum, berechnet mit NOGRID points

Klicken Sie auf die Animationen, um qualitativ hochwertige Videos zu sehen.


Identifikation von Lufteinschlüssen 

Lufteinschlüsse verschlechtern die Isolationswirkung des Wärmedämmungsmaterials und müssen deshalb verhindert werden. Simulationen mit NOGRID points können kritische Bereiche zeigen. In unserer Simulation sind die Kühlungsschlitze im unteren linken Bereich des Kühlschranks ein Risiko für Lufteinschlüsse (siehe Abb. 2). Das PU tritt von beiden Seiten in die Schlitze ein, was zu einem Lufteinschluss führt. Eine Lösung könnten Belüftungslöcher oder unterschiedliche Positionen der Einflussöffnungen sein.  

Geschwindigkeitsfeld und freie Oberflächenströmung in der Nähe der Kühlungsschlitze

Abb. 2: Geschwindigkeitsfeld und freie Oberflächenströmung in der Nähe der Kühlungsschlitze, berechnet mit NOGRID points 

In Abbildung 2 wird deutlich, dass in der Nähe der Kühlungsschlitze ein Bereich ist, in dem die Gefahr eines Lufteinschlusses besonders hoch ist. Die Simulation kann nun zeigen, ob unter den gegebenen Bedingungen eine Designänderung notwendig ist oder nicht.



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