Numerische Strömungsmechanik

Computational Fluid Dynamics

Im Rahmen der numerischen Strömungsmechanik, im Englischen Computational Fluid Dynamik (CFD), werden Bewegungen von Flüssigkeiten und Gasen computergestützt mithilfe von physikalischen Modellen berechnet.

Auf diese Weise können Einwirkungen von fließenden Flüssigkeiten oder Gasen auf die von diesen Medien umströmten Körper ermittelt werden.

Dabei ist das Ziel, zeitaufwendige Modellversuche durch CFD-Simulationen zu ersetzen. So werden neue Optimierungspotentiale in der Produktentwicklung frei. Futurion bietet CFD-Berechnungen in folgenden Bereichen an:

Aerodynamik
Hydrodynamik
Multiphase Flow
Wärmeausbreitung
Verbrennungsprozesse

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CFD Simulationen in der Aerodynamik

Die Aerodynamik beinhaltet vor allem die Strömung von Luft, aber auch anderen Gasen und deren Wirkung auf ihre Umgebung. Dadurch sind wir in der Lage für unterschiedlichste Arten von Objekten wie z.B.:

Gebäude und Brücken
Straßen- und Schienenfahrzeuge
Windkraftanlagen
Flugzeuge

die Strömung zu berechnen.

Auf Grundlage dieser Simulationsergebnisse werden die auf das Objekt wirkenden Kräfte ermittelt. Des Weiteren besteht die Möglichkeit einer parametrisierten Formoptimierung des jeweiligen Objektes.

CFD Simulationen in der Hydrodynamik

Im Rahmen der Hydrodynamik werden Strömungen von Flüssigkeiten, mit dem Schwerpunkt auf Wasserströmungen, betrachtet. Eine industrielle Anwendung finden numerische Strömungsberechnungen unter anderem bei:

Leistungsanalyse von Schiffs-und Bootspropellern
Auslegung von Hydrofoils
Ruderberechnung
Kieldimensionierung bei Yachten

Mithilfe der Simulationsergebnisse können wir beliebige Propellerformen und Propellerfreifahrtdiagramme erstellen und die Wahrscheinlichkeit des Erscheinens von Kavitation auf dem Propellerblatt bewerten.

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Multiphase Flow-Simulationen

Multiphase Flow-Simulationen beinhalten die Dynamik von mehreren Flüssigkeiten und Gasen oder eine Kombination aus beiden. Ein besonders häufig in der Industrie vorkommende Strömung besteht aus der Kombination aus Wasser und Luft mit einer freien Oberfläche.

Wir berechnen auf dieser Grundlage:

den Widerstand und die optimale Form von Schiffen
das Seegangverhalten von Schiffen
Kavitationsprozesse bei Schiffs-und Bootspropellern
Wellenbelastung von Offshore-Strukturen
die Flüssigkeitsbewegung mit freier Oberfläche in geschlossenen Tanks
Strömung in Kanälen

Mit den berechneten Ergebnissen helfen wir Ihnen, den optimalen Betriebspunkt Ihres Propellers zu ermitteln. Gleichfalls optimieren wir Ihnen effizient die Schiffsform und bewerten das Seeverhalten.

Simulation der Wärmeausbreitung

Die CFD-Simulation der Wärmeausbreitung beinhaltet zum einen die Wärmeausbreitung ausgehend von einer Wärmequelle in die Umgebung. Zum Anderen können ebenfalls Wärmeübergänge zwischen Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern simuliert werden.

Auf dieser Grundlage berechnen wir:

Die Wärmeverteilung in Abgasfahnen
Die Temperaturverteilung und das Mikroklima in Städten oder Stadtteilen
Die Wärmeverteilung im Räumen durch Klimatisierung
Die Strömung durch Brenner während der Gasverbrennung
Strömung durch beheizte und nicht beheizte Rohr- und Hydrauliksysteme
Dämmungseigenschaft von Dämmschichten
Wärmeübergang zwischen Festkörpern, Gasen und Flüssigkeiten

Mit den berechneten Ergebnissen helfen wir Ihnen, die Temperaturverteilung in der Nähe von Gasfackeln, Industrieschornsteinen und Industrieanlagen zu berechnen und somit die Arbeitssicherheit auf Ihrem Gelände sicherzustellen.

Des Weiteren ermitteln wir, für Sie die Strömungseigenschaften der vorliegenden Strömung für einen beliebigen Temperaturbereich.

Warum CFD mit Futurion Engineering?

Im Gegensatz zu aufwendigen Experimenten und Versuchen bieten wir eine kosteneffiziente Alternative. Vorteil ist die Erfassung vieler, unterschiedlicher Strömungsparameter, die im Experiment kaum ermittelbar sind. Dies ist meist ein großer Faktor für viele Entwicklungen. Mit der Software OpenFoam werden in der Analyse qualitative sowie quantitative Ergebnisse ersichtlich, sodass wirtschaftliche Handlungsempfehlungen und Optimierungsmöglichkeiten gegeben werden, die eine fachgerechte, effiziente Konstruktion bedingen.

Oliver Smith

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