Computational
Fluid Dynamics

Was ist CFD?

Computational Fluid Dynamics (numerische Strömungsmechanik), kurz CFD, wird genutzt, um komplexe physikalische Vorgänge betrachten zu können.

Was kann CFD Simulat

Dank der Methoden der numerischen Strömungsmechanik ist unser Ingenieurbüro in der Lage, Bewegungen und Effekte in verschiedensten Medien zu simulieren. Auch wenn es zuerst klingt, als sei CFD auf das Verhalten von Flüssigkeiten beschränkt, sind die Anwendungsmöglichkeiten fast unbegrenzt. So können Verbrennungen und andere Chemische Reaktionen wie Korrosion simuliert werden, aber auch klassische Strömungsaufgaben aus dem Schiffbau und Flugzeugbau gelöst werden.

Einige Beispiele:

Starre Körper (z.B. von NACA-Profilen)
Dynamische Körper (z.B. rotierende Propeller)
Optimierung von Tragflügeln aller Art
Raumluftströmungen (z.B. Vermeidung von Zuglufterscheinungen)

CFD – Computational Fluid Dynamics

Die numerische Strömungsmechanik – engl. computational fluid dynamics – ist eine Methode der Strömungsmechanik, welche das physikalische Verhalten von Fluiden untersucht und speziell zum Ziel hat, physikalische Vorgänge zu betrachten sowie in ihren Bewegungen und Effekten zu simulieren. Weiterhin wird die CFD Simulation dafür eingesetzt, um strömungsmechanische Probleme approximativ mit numerischen Methoden zu lösen. Als kostengünstige Alternative zu Strömungsversuchen im Labor, ist die von uns eingesetzte CFD Simulation-Software für die Vorauslegung oder zur Optimierung von Prozessen eine ideale Lösung.

Probleme wie die Berechnung des Widerstandsbeiwertes können zu nicht linearen Problemen führen, die sich nur in speziellen Fällen genauestens lösen lassen. Anstatt den Widerstandsbeiwert in einem Windkanal oder Wasserkanal zu erforschen, setzen wir Modellgleichungen wie Navier-Stokes-Gleichungen, Euler-Gleichungen, Stokes-Gleichungen oder Potentialgleichungen ein. Damit simulieren wir nicht nur chemische Reaktionen wie Korrosion, sondern auch klassische Strömungsaufgaben aus dem Schiffbau, Flugzeugbau und Maschinenbau. Unser Ingenieurbüro setzt die numerischen Grundlagen der CFD Simulation in Zusammenspiel mit der CFD Software OpenFoam ein, um Kontinuums-mechanische Angelegenheiten aufzuschlüsseln, die beispielsweise bei Schiffsrümpfen, Kavitation, On-/Offshore-Anlagen, Klimatisierung, Verbrennungen, chemischen Reaktionen oder Erosionsprozessen (Sediment-Abtrag-Flüsse) auftreten.

Diese numerische Methode der Strömungsmechanik hat sich etabliert, um einen detaillierten Einblick in die Strömungsvorgänge zu erhalten. Hierfür nutzen wir bekannte Grundlagen zur Lösung von gewöhnlichen Differentialgleichungen, um das Strömungsgebiet mit einem numerischen Gitter zu versehen. Für die Einstellung der Turbulenzauflösung, wenden wir unterschiedliche Turbulenzmodelle an, die extrem feine Gitter und Zeitschritte erfordern, um die komplexen Phänomene der turbulenten Strömungen, wie sie beispielsweise bei Gewässern, Wind, Energie oder Dampf vorkommen, abzubilden. Um die Strömungen bei eingetauchten und/oder umströmten Körpern zu simulieren und so Rechenergebnisse zum Strömungsgebiet zu liefern, verwenden wir die Navier-Stokes-Gleichung, welche die Strömung von linear-viskosen newtonschen Flüssigkeiten und Gasen – also Fluiden – ermittelt.

Neben der Computational Fluid Dynamics Simulation-Software und Modellgleichungen kommt ebenfalls das CFD-Meshing zum Tragen, bei welchem die geometrischen Maße eines Objektes in tausende Teile heruntergebrochen werden, um die exakte physikalische Form des Objektes zu bestimmen. Dieses sogenannte Preprocessing findet bereits vor der CFD-Simulation statt und kann je nach angewendeter Gleichung ein grobes oder ein räumlich hoch aufgelöstes Gitter ergeben. Nachdem wir das Meshing mit der CFD Software durchgeführt haben, setzen wir die Differentialgleichungen ein und nähern uns diesen an, indem wir numerische Berechnungsverfahren auf dem Berechnungsgitter einbinden. Im Anschluss liefern wir Ihnen die Rechenergebnisse zu beispielsweise Druckverteilung an/um Strömungskörper, Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte, Dichte- und Geschwindigkeitsfeld im Strömungsgebiet, jegliche Elementfelder bei Verbrennungsprozessen sowie sämtliche Parameter aus Turbulenz- und Reaktionsmodellen.

Entwicklung
& Entwurf

Pfeiler der Produktentwicklung (PE)

Entwicklung und Entwurf sind zwei zentrale Pfeiler der Produktentwicklung (PE). Als Kieler Ingenieurbüro, welches Produktentwicklung von der Konzeption bis zur Fertigungsfreigabe nach VDI Rl 2221 / -2 betreut, beherrschen wir diese Teilschritte. Auch forschungslastige Entwicklung bzw. Forschung und Entwicklung (F&E) sowohl im Maschinenbau, als auch im Schiffbau sind Futurion Engineering zu Eigen. Dabei werden sowohl Eigenprojekte des Ingenieurbüros durchgeführt, als auch das derzeitige Einzugsgebiet von Schleswig-Holstein und Hamburg bedient. Ob Grobentwurf oder Feinentwurf, wir stehen als Dienstleister für Sie vor Ort zur Verfügung und arbeiten gerne eine maßgeschneiderte Lösung aus.

Konstruktion
& CAD

Konstruktion von Einzelteilen oder ganzen Maschinen

Wie in den Bereichen Forschung, Entwicklung und Entwurfes, bieten wir unsere Kompetenzen in weiteren Phasen der Produktentwicklung an. Klassisches Handwerkszeug des Ingenieurs ist natürlich die Konstruktion mit Festigkeitsberechnung und Auslegung. Dafür bedienen wir uns einerseits unserer vielfältigen Erfahrung und andererseits ausgereifter Berechnungsmethoden, Programme und Skripte. Sowohl im Schiffbau als auch im Maschinenbau können wir als Kieler Ingenieurbüro auf diese Weise zeitnah zuverlässige Ergebnisse bereitstellen.

Wie in den Bereichen Forschung, Entwicklung und Entwurfes, bieten wir unsere Kompetenzen in weiteren Phasen der Produktentwicklung an.

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