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Wozu werden Strömungssimulationen benötigt ?

Wozu Strömungssimulationen benötigt werden, lässt sich am Beispiel eines Kraftfahrzeugs sehr gut anschaulich darlegen. In Zeiten in denen die höchstmögliche Energieeffizienz notwendig ist, müssen Strömungsverluste an einem sich bewegenden Fahrzeug genau untersucht werden. Der bekannte Luftwiderstandswert gibt Auskunft über den „Verlust“ von Antriebsenergie bei der Bewegung des Fahrzeugs durch den Raum. Das sich bewegende Fahrzeug muss dabei die umgebenden Luftmassen durchdringen und zur Seite schieben. Die Luftmassen schließen am Ende des Fahrzeuges wieder zusammen, sodass im Idealfall keine sogenannten Verwirbelungen entstehen.

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Teure und aufwändige Windkanalversuche werden zunehmend durch Strömungssimulationen ersetzt

Es ist dabei offensichtlich, dass die auftretenden Verluste von mehreren Faktoren abhängig sind. Besonders Form und Oberfläche des Fahrzeugs, Geschwindigkeit, sowie Luftdichte spielen eine große Rolle. 

Welche Faktoren spielen eine Rolle ?

Der zeitliche und monetäre Aufwand alle relevanten Kenngrößen in Realversuchen (z.B. im Windkanal) zu testen, übersteigt oftmals sämtliche Budgets und Produktionszeiträume. Insbesondere bei der hohen Anzahl der heutigen Fahrzeugvarianten ist eine rechnergestützte Möglichkeit nötig, um diese Tests durch Simulationen ab- bzw. nachzubilden. Noch lange, bevor Prototypen im Bau sind, erstellen Entwickler daher bereits erste Strömungsmodelle der vorgeschlagenen Variante.

Die Aufbereitung der Modelle, die Durchführung der Strömungssimulation sowie die Auswertung der Ergebnisse erfordern dabei ein hohes Maß an Know- How. Weiterhin ist der Rechenaufwand für diese Art der Simulationen entsprechend hoch. Solche Projekte führen wir als erfahrenes Ingenieurbüro mit dem nötigen Fachwissen gerne für Sie durch. Insbesondere wenn sich die Bewegungen der Bauteile beschleunigen und von der laminaren in die turbulenten Strömungen übergehen, nutzten wir hierfür umfangreiche dreidimensionale CFD-Simulationen. Dies ist eines der umfangreichsten Fachgebiete des Maschinen- und Anlagenbaus. Darüber hinaus finden Strömungssimulationen häufig in der Baubranche, beispielsweise in der Raumklimabewertung Anwendung, aber auch Wetter- und Klimamodelle beruhen auf den Grundlagen der numerischen Strömungssimulation.

Die Frage „Wozu werden Strömungssimulationen benötigt ?“ oder „Wozu werden CFD- Simulationen benötigt ?“ beantwortet sich daher in der Zeit- und Kostenersparnis durch den Ersatz von aufwändigem Prototypenbau, den anschließenden Realtests in Prüflaboren, dem enthaltenen Logistikaufwand durch hochmoderne, qualifizierte Simulationen.

Wozu benötigt man Strömungssimulationen noch ?

Die heutige Variantenvielfalt der Modelle und die kurzen Entwicklungszeiten der Produkte erlauben keine Realversuche aller Produkte mehr. Weiterhin sind reale Versuche oftmals nur an kleinen Bauteilen sinnvoll und durchführbar. Daher bleibt den Entwicklern bei großen Becken und Behältern oft nur die Möglichkeit der Strömungssimulation übrig. Mittlerweile hat die Güte der Simulationen ein Maß erreicht, dass bei der Zertifizierung neuer Bauteile diese größtenteils als Nachweise ausreichen.

Während man bei der Simulation die Strömungsverhältnisse an jedem Koordinatenpunkt des Strömungsraumes auswerten kann, müssen die Messungen an gewissen Punkten in Aufwändigen Versuchen geplant, und durch die Bereitstellung entsprechender Messgeräte durchgeführt werden. Das ist oft z.B. bei chemischen Anlagen oder bei sich im Strömungsraum bewegenden Teilen allein schon aufgrund des Gefahrenpotentials kaum möglich.

Die konsequente Anwendung und wiederholte Durchführung dieser Simulationen bis zum optimalen virtuellen Protottyp führt dazu, nur noch vereinzelte Variantenmodelle durch Realversuche validieren zu müssen. 

Auf diesen Seiten erfahren Sie ebenfalls, wie Sie mit Hilfe von Strömungssimulationen Ihren Produktentwicklungsprozess beschleunigen und optimieren können.

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