Automobil

CFD Car Aerodynamics Simulation
Internal Combustion Engine Simulation

Automobilbranche

Simulationen sind in Deutschlands größter und bedeutendster Branche ein etabliertes Werkzeug in der Dimensionierung, Berechnung und Optimierung von Komponenten und Systemen. Dementsprechend vielschichtig sind die Anwendungsgebiete. Von der Aerodynamik bei der Umströmung von Fahrzeugen über die Prozesse und Vorgänge im Motorraum einschließlich Verbrennung, der Prozessluft inkl. Aufladung, diverser Kühler und Wärmetauscher für unterschiedliche Aufgaben bis hin zu Klimatisierung und Komfort im Innenraum werden CFD-Simulationen eingesetzt. Für Öl- und Wassersysteme kommen Mehrphasensimulationen zum Einsatz, mit denen zum Beispiel Schwappvorgänge, Befüllungs- und Entlüftungsprozesse oder Getrieb und Kühlsysteme berechnet werden. Die CFD-Simulationen werden dabei für ganze Fahrzeuge, Fahrzeugbereiche (Powertrain, Underhood) oder für einzelne Komponenten als Detailanalysen durchgeführt.

Ebenso vielfältig sind die Anforderungen an FEM-Simulationen, von statischen Lasten einzelner Bauteile bis hin zu Analysen von Eigenfrequenzen oder angeregten Schwingungen von Komponenten werden Berechnungen als fester Bestandteil von Auslegung, Entwicklung und Optimierung eingesetzt.

Die Transition zur Elektromobilität bringt zusätzliche Entwicklungsaufgaben mit sich, die innovative Simulationsmethoden für die Kühlung der Elektromotoren und Leistungselektronik sowie für die neuartigen Komponenten im Thermalsystem erfordern.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • Einphasige CFD-Simulationen für Aerodynamik, Prozessluft, Auflade- und Abgassysteme sowie zur allgemeinen Bestimmung von Druckverlust
  • Gekoppelte Strömungsmechanik und Wärmeübertragung mit Wärmeleitung (Conjugate Heat Transfer, CHT) zur Vorhersage von Bauteiltemperaturen bspw. für Wärmetauscher, Kühler,
  • Mehrphasensimulationen mit freier Oberfläche (VOF-Methode) und Wärmeübergang für Öl- und Wasserkühlungen, Kühlung von Elektromotoren oder für Behälter und Tanksysteme (inkl. Tankschwappen)
  • Mehrphasensimulationen für Befüllungs- und Entlüftungsvorgänge
  • Euler-Euler-Mehrphasensimulationen für hochdynamische Prozesse und Mischungsvorgänge in Getrieben oder für Ölkühlungen
  • Simulationen mit Phasenübergang für Innenraumklimatisierung und Komfort (HVAC)
  • Partikelsimulationen mit Wandfilmmodellen für Tropfeninteraktion und Abscheidungsprozesse auf der Karosserie, in Wasserkästen oder in Motorkomponenten
  • Partikelsimulationen für Verbrennungssimulation mit Reaktionskinetik
  • Sliding Mesh und Overset-Technologie für Zylinder-Bewegung oder rotierende Komponenten wie Abgasturbolader
  • Adjoint-Topologie-Optimierung zur Homogenisierung oder Druckverlustreduzierung für umströmte oder durchströmte Komponenten
  • Statische oder angeregte harmonische Analyse beanspruchter Karosseriebauteile
  • Thermalanalyse thermisch belasteter Komponenten und Bauteile
  • Aufladung: Verdichter und Turbinen von Turboladern

Turbomaschinen

Turbomaschinen

Strömungs- und Turbomaschinen spielen in vielen Bereichen unseres alltäglichen Lebens eine große Rolle. Die verschiedenen Anwendungen sind dabei äußerst vielfältig. Das Spektrum der verschiedenen Arten von Strömungsmaschinen reicht dabei von Propellern und Leiträdern über hydraulische (inkompressible) Maschinen wie Pumpen, Ventilatoren und (Wasser-) Turbinen bis zu thermischen Turbomaschinen mit Verdichtern und Turbinen. Dementsprechend groß ist die fast unendliche Anzahl an verschiedenen Maschinentypen und Ausführungen. In einer einfachen Unterscheidung können die Typen in Axial- und Radialmaschinen unterteilt werden, wobei die Übergänge je nach Anforderung durchaus fließend sein können.

Im Bereich der Strömungsmaschinen sind CFD-Simulationen ein etabliertes Werkzeug in der Auslegung, Berechnung und Optimierung. Bei den Laufrädern stehen dabei üblicherweise die Leistungskennzahlen im Vordergrund. Für einen Verdichter sind dies beispielsweise Druckaufbau, Volumenstrom und Wirkungsgrad. In vielen technischen Anwendungen resultieren schon kleine Änderungen dieser Kennzahlen große Auswirkungen und können über den wirtschaftlichen Erfolg oder Misserfolg entscheiden. Da die physikalischen Zusammenhängen äußerst komplex sind, helfen Simulationen oder simulationsbasierte Optimierungen, Verbesserungen zu erreichen, wie sie mit händischer oder empirischer Vorgehensweise nicht darstellbar sind.  Aber auch für sekundäre Komponenten von Strömungsmaschinen wie Spiralgehäuse (Volute), Vor- und Nachleiträder und die Systeme der Luftführung kommen Strömungssimulationen zum Einsatz, um diese zu analysieren und zu verbessern.

FEM-Simulationen haben im Bereich der Strömungsmaschinen eine ebenso große Bedeutung. Aufgrund der oft hohen Rotationsgeschwindigkeiten, ggfs. in Kombination mit großen Durchmessern oder Anforderungen des Leichtbaus, sind Strömungs- und Turbomaschinen häufig festigkeitstechnisch hoch belastet und müssen entsprechend dimensioniert und abgesichert werden. Ebenso muss das Schwingungsverhalten oder die Antwort auf eine aerodynamische Anregung bewertet werden, da Fehlauslegungen hier fatale Folgen haben können.

Häufig stehen die mechanischen Anforderungen für eine maximale Festigkeiten mit den aerodynamischen für maximale Performance im Widerspruche. Deswegen eignen sich Optimierungen hinsichtlich Festigkeit und Aerodynamik besonders gut für multikriterielle Optimierungen.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • Entwicklung von 1D-Programmen für die Dimensionierung (Auslegung) und Berechnung (Rückwärtsrechnung) von Radial- und Axialventilatoren
  • 1D-Programme für die Dimensionierung von Spiralgehäusen (Voluten)
  • stationäre Strömungssimulationen für Strömungs- und Turbomaschinen aller Bauweisen (inkompressibel und kompressibel) und Bestimmung von aerodynamischen Leistungskennzahlen
  • instationäre Strömungssimulationen für Detailanalysen, Anfahr- und Abbremsvorgänge, Lastwechsel, zeitlich variable Zuströmung oder die Bestimmung zeitaufgelöster Druckkräfte
  • CFD-Simulationen von Spiralgehäusen, variablen oder statischen Vor- und Nachleiträdern sowie Luftführungssystemen
  • statische Analyse zur Vorhersage der auftretenden Spannungen in den Bauteilen, ggfs. unter Berücksichtigung thermischer Spannungen
  • Modalanalyse zur Bestimmung der Eigenfrequenzen und Eigenformen von Rotoren
  • Analyse von aerodynamischer Anregung (Forced Response) und Schaufelflattern
  • Extraktion von aerodynamischen Kräften und Fourier-Transformation für weitergehende mechanische Analysen
  • simulationsbasierte Auslegung von neuartigen Verdichter- und Turbinengeometrien durch automatisierte CFD-Simulationen in Kombination mit Optimierungsalgorithmen
  • kombinierte aerodynamische und festigkeitstechnische Optimierung
CFD Simulation of a Centrifugal Compressor
FEA Analysis of Radial Compressor Wheel

Mikro- und Leistungselektronik

CHT Simulation Graphics Card
IGBT Thermal Analysis

Mikro- und Leistungselektronik

Im Bereich der Mikro- und Leistungselektronik spielt die Kühlung der verschiedenen Komponenten wie Chips, Transistoren, Kondensatoren, IGBTs, etc. eine entscheidende Rolle, da durch sie die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Systems determiniert wird.

CFD-Simulationen werden somit für die Analyse und daraus abgeleitet die Verbesserung von verschiedenen Kühlmechanismen und -systemen eingesetzt. Die gleichzeitige Berücksichtigung von Wärmeleitungseffekten in den Bauteilen erlaubt eine Aussage über die sich einstellenden Bauteiltemperaturen, gleichzeitig können auf diese Weise die Verlustwärmen der verschiedenen Komponenten detailliert modelliert werden. Anisotrope Wärmeleiteigenschaften werden dabei eingesetzt, um die thermischen Eigenschaften beispielsweise von Leiterplatten, möglichst genau abzubilden. Die eigentliche Kühlung erfolgt meist als Luft- oder Flüssigkühlung, ggfs. unter Einsatz spezieller dielektrischer Kühlmittel. Tritt zusätzlich ein Phasenübergang beider Flüssigkühlung auf, wie wie bspw. beim Verdampfen, werden Mehrphasensimulationen erforderlich. Diese können aber auch für Prozesse in der Herstellung wie bspw. zur Analyse des Verhaltens von flüssigem Lot eingesetzt werden.

FEM-Simulationen werden neben den üblichen Fragestellungen einer mechanischen Belastbarkeit insbesondere für Thermalanalyse und im Zusammenhang mit der Berechnung und Verbesserung thermischer Spannungen eingesetzt.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • korrelationsbasierte Auslegung von Kühlkanälen mit verschiedenen Kühlstrukturen
  • Simulationen für die Auslegung, Berechnung und Optimierung der Kühlung von Baugruppen oder Komponenten der Mikro- und Leistungselektronik
  • Berücksichtigung von Wärmeleiteffekten (ggfs. anisotrop) und Wärmefreisetzung in Komponenten
  • Konvektive Lufkühlung mit Kühlkörpern, Kühlrippen und Lüftern
  • Flüssigkühlung mit Wasser oder Kühlmitteln
  • direkte Chipkühlung ggfs. mit Phasenübergang mithilfe von Mehrphasensimulationen
  • Flüssigkühlung von Elektromaschinen
  • Ventilationskühlung von Generatoren

Maschinenbau

Maschinenbau

Der Maschinenbau ist einer der führenden Industriezweige Deutschlands, dementsprechend vielfältig ist der Einsatz von Simulationstechnologie in den verschiedenen Bereichen und Facetten.

CFD-Simulationen werden für verschiedenste Anwendungen und Prozesse eingesetzt, um Einblicke in die zugrundliegenden physikalischen Mechanismen zu gewinnen, diese zu verstehen und daraus Veränderungen und Verbesserungen abzuleiten. Aufgrund der sehr vielfältigen Fragestellungen kommen im Bereich CFD-Simulationen ebenfalls sehr verschiedene Ansätze und Methoden zum Einsatz. Für Strömungsanalyse oder die Bewertung von Mischungsvorgängen werden ein- oder mehrphasige Simulationen verwendet. Mit vergleichsweise einfachen Methoden können somit häufig sehr praxisrelevante Fragestellungen wie beispielsweise nach einer Strömungsverteilung oder nach einem Druckverlust beantwortet werden. Analyse und Verbesserung von Kühlsystemen erfordern die Berücksichtigung von Wärmeübergang. Komplexere Anlagen erfordern eventuell zusätzlich eine Berücksichtigung von translatorischer oder rotatorischer Bewegung. Weiterhin können auch Strömungen mehrere Fluide oder mehrerer Phasen mit Phasenübergang oder mit Reaktion simuliert werden.

FEM-Simulationen werden verwendet, um Bauteile hinsichtlich ihrer Belastungen und Grenzen zu prüfen, oder aus den gewonnen Einblicke und Erkenntnisse durch die Simulationsergebnisse Verbesserungen abzuleiten. Häufig können bereits mit einer statischen Berechnung aufschlussreiche Analysen durchgeführt werden. Modalanalysen erlauben die Berechnung von Eigenfrequenzen und Eigenformen. Für angeregte System kommen harmonische FEM-Simulationen zum Einsatz. Durch das Zusammenspiel der verschiedenen Methoden können so verschiedenste Belastungsszenarien realistisch abgebildet werden.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • CFD-Simulationen mit Wärmeleiteffekten in Wärmetauschern
  • Simulationsbasierte CFD-Optimierung von Strukturen zur Steigerung des Wärmeübergangs
  • Strömungssimulationen und thermische Simulationen von Industrieanlagen wie bspw. Abluftsysteme, Filteranlagen, Öfen, etc.
  • Simulation hydraulischer Systeme und Komponenten wie bspw. Verteiler, Mischer oder Ventile
  • Simulation von Gesamtfahrzeugen oder Komponenten im Schiffs- und Schienenverkehr sowie in der Forst- und Landwirtschaft
Heat Exchanger Simulation
CFD Simulation of Wall Boiling
FEA Analysis of Planetary Gearbox

Luft- und Raumfahrt

Aircraft CFD Simulation
X-Wing CFD Simulation

Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrttechnik betreffen typische Fragestellungen für CFD-Simulationen die Aerodynamik  von Komponenten oder ganzen Fahrzeugen. Je nach Anwendung kommen hierzu inkompressible oder kompressible Strömungssimulationen zum Einsatz. Neben den Gesamtfahrzeugen werden Simulationen aber auch in großem Umfang für Detailsimulationen auf Komponentenebene eingesetzt. Hier sind die Anforderungen sehr unterschiedlich. In den Antriebssystemen wie beispielsweise den Triebwerken stehen vor allem die Themen der Verdichtung, Verbrennung und Entspannung sowie damit einhergehend Anforderungen an die Kühlung der thermisch hochbelasteten Bauteile im Vordergrund. Mehrphasensimulationen werden für Betankungsvorgänge oder das Verhalten von Kraftstoff in Tanks, ggfs. unter kryogenen Bedingungen, eingesetzt. Für den Komfort und die Klimatisierung werden Simulationen der Kabine und ihrer Luftsysteme verwendet. In Zusammenhang mit gesundheitlichen Betrachtungen werden zudem Partikelsimulationen eingesetzt, die eine Verbreitung oder auch Desinfektion von Viren und Keimen abbilden und somit einen entscheidenden Beitrag zur Sicherheit beitragen können.

Bei FEM-Simulationen stehen insbesondere der Leichtbau der Strukturen sowie der Einsatz von innovativen und hoch belastbaren Werkstoffen im Fokus. Die Anwendung dieser Simulationen erstreckt sich auf so gut wie alle Bereiche und Komponenten der Luft- und Raumfahrzeige. Auch Schwingungsanregung spielt bei rotierenden Maschinen oder Komponenten mit starker Interaktion zwischen Fluid und Struktur eine bedeutende Rolle.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • Inkompressible oder kompressible Aerodynamik-Simulationen von Gesamtfahrzeugen oder Komponenten, ggfs. mit Netzbewegung für bewegte Komponenten (bspw. Klappen)
  • Strömungssimulationen für Luftverteilung, Klimatisierung und Komfort in der Kabine (HVAC)
  • CHT-Simulationen zur Kühlung von hochbelasteten Turbinenschaufeln und Brennkammerwänden
  • Mehrphasensimulationen für Tank- und Befüllungsprozesse oder Schwappvorgänge in Tanks (ggfs. kryogen)
  • Partikelsimulationen für die Vorhersage von Partikelbewegungen in der Flugzeugkabine zur Einschätzung von Verbreitungen und Verteilungen für eine gesundheitliche Bewertung
  • Partikelsimulationen für stationäre Verbrennungsprozesse in Triebwerksbrennkammern
  • kombinierte aerodynamische und festigkeitstechnische Optimierung von Verdichter- und Turbinenschaufeln mit genetischen Algorithmen
  • Simulationen von Tragwerkten und Strukturen hinsichtlich Festigkeit und Belastung
  • FEM-Simulation dynamischer Lasten und Schwingungsanregung
  • FEM-basierte Optimierung hinsichtlich Leichtbau

Medizintechnik

Medizintechnik

In der Medizintechnik werden Simulationen in vielen unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Die Strömung von menschlichem Blut ist aufgrund seiner nichtnewtonschen Eigenschaft komplex, Experimente unter realistischen Bedingungen nur sehr schwer realisierbar und äußerst aufwändig. Strömungssimulationen können hier beispielsweise bei der Auslegung und Optimierung von Blutpumpen, wie sie im Dialysekreiselauf oder als Herzunterstützung verwendet werden, unterstützen. Aber auch bei Gefäßerkrankungen können CFD-Simulationen wertvolle Erkenntnisse liefern, wie zum Beispiel die wirkenden Kräfte bei einer Blutflusssimulation durch ein Aneurysma. Für unser respiratorisches System können CFD-Simulationen dazu verwendet werden, den Transport von Medikamenten beim Inhalieren zu analysieren. Hier können Partikelsimulationen zudem dabei helfen, Inhalierhilfen auszulegen oder zu verbessern, um einen möglichst optimalen Medikamententransport, möglichst ohne Überreste eines Trägergases, in die menschliche Lunge zu erreichen. Aber auch bei indirekt mit dem Mensch in Verbindung stehenden Anwendungen werden Simulationen eingesetzt. Laborgeräte erfordern beispielsweise unter Umständen eine hochgenaue Temperierung ihrer Proben. Hier können Simulationen dazu verwendet werden, die medizintechnischen Geräte auszulegen und zu verbessern und ggfs. über eine Nachbildung entsprechender Regelungen einen virtuellen Prototyp abzubilden.

FEM-Simulationen spielen in der Medizintechnik ebenfalls eine bedeutende Rolle. Bei verschiedenen Implantaten gewähren sie vor allem die Funktionsweise oder sichern gegen mechanisches Versagen ab, was offensichtlich sehr schwerwiegende Folgen haben könnte und dementsprechend einen Simulationsaufwand rechtfertigt. Zusätzlich ist man auch hier bestrebt, eine bestimmte Funktion mit einem möglichst geringen Materialeinsatz zu erreichen.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • Simulation von Blutströmungen in Gefäßen, Ventilen oder medizinischen Geräten
  • Vorhersage von wirkenden Kräften in Gefäßen durch pulsierende Blutströmung
  • CFD-basierte Optimierung von Blutpumpen mit Auslegung für minimale Blutschädigung
  • Simulation der hochgenauen Temperierung von medizintechnischen Labor- und Messgeräten
  • Strukturmechanische Berechnung von Implantaten
  • Festigkeitsberechnungen und thermische Analyse von medizinischen Geräten
CFD Simulation of Blood Pump

Prozessindustrie

Prozessindustrie

Simulationen sind in der Prozessindustrie ein etabliertes Werkzeug für die Auslegung, Bewertung und Optimierung bestehender Systeme. Dabei erlauben Simulationen Einblicke in oftmals schwer zugängliche und physikalische hochkomplexe Verfahren und Anlagen und tragen durch die so gewonnenen Erkenntnisse und Analysen ganz maßgeblich zum Erfolg in Entwicklung und Weiterentwicklung bei.

Typische Anwendungen im Bereich der CFD-Simulationen umfassen hier insbesondere die Berücksichtigung von Konzentrationen oder Mehrphasensimulationen. Mit diesen können beispielsweise Mischungs- oder Trennungsvorgänge von Fluiden simuliert werden. Verschiedene Modelle wie die VOF-Methode für Strömungen mit freier Oberfläche oder der Euler-Euler-Ansatz für kontinuierlich-disperse Mischungen erlauben dabei eine effiziente Abbildung von komplexen physikalischen und chemischen Prozessen. Optional können Phasenübergangsprozessen (Verdampfen, Kondensieren, Erstarren), chemische Reaktionen oder Bewegungen wie beispielsweise in Mischern simuliert werden.

Bei FEM-Simulationen stehen häufig die Festigkeit der prozesstechnischen Komponenten Anlagen, thermische induzierte Spannungen und Verformungen sowie evtl. die Reaktion hinsichtlich Anregung im Fokus von Berechnungsanalysen.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • Detaillierte Modellierung druck- und temperaturabhängiger Stoffwerte von Reinstoffen und Gemischen
  • Vorhersage von Konzentrationen und Temperaturfeldern
  • Mehrphasensimulationen mit beliebiger Anzahl und Eigenschaft an Phasen (fest, flüssig oder gasförmig) sowie optionalen Phasenübergangsprozessen oder chemischer Reaktion
  • Simulation der Prozesse in Separatoren und Abscheidern
  • Simulation Mischungsprozesse in Mischern und Rührwerken, Analyse und Optimierung der Durchmischung durch verschiedene Formen
  • DEM-Simulationen für Schüttungen bspw. in Anlagen der Pharma-Industrie
  • Simulation von Kunststoff-Spritzguss (injecton moulding) mit Aushärten

 

Energie

Energie

Im Energiesektor sind Simulationen schon seit Beginn der Simulationstechnologie ein fester Bestandteil in Auslegung, Entwicklung und Optimierung. Da in dieser Branche selbst kleine Änderungen an den Wirkungsgraden große Auswirkungen auf das wirtschaftliche Ergebnis haben, ist der Einsatz von  Simulationstechnologie entsprechend umfangreich und vielseitig.

So werden beispielsweise im Kraftwerksbau mithilfe von CFD-Simulationen bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Wärmeübergang und Wärmeleitung die thermisch hochbelasteten Komponenten Brennkammer und Turbine berechnet. Da kleine Abweichungen in der Kühlung sich maßgeblich auf Leistung und Lebensdauer auswirken, rechtfertigt dies den Einsatz detaillierter Simulationen und simulationsbasierter Optimierungen – sowohl auf Komponenten- als auch Maschinenebene. In Generatoren zur Stromerzeugung steht ebenfalls die Kühlung im Fokus von Strömungssimulationen. Letztere werden beispielsweise genutzt, um die Luftverteilung und resultierende Kühlleistung durch Rotoren und Statoren zu ermitteln oder die Selbstventilation durch Radial- und Axiallüfter auszulegen. In Windfarmen werden die Wechselwirkungen der Windräder mit Strömungssimulationen untersucht und können somit effizienter gesteuert und ausgerichtet werden.

Bei FEM-Simulationen werden im Kraftwerksbau thermomechanische Festigkeitsberechnungen der Komponenten und Maschinen durchgeführt, um eine Absicherung gegen die extremen Belastungen, je nach Anwendung unter dem zusätzlichen Rotationseinfluss, zu gewährleisten.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • CHT-Simulationen für gekoppelte aerodynamische und thermische Strömungsprobleme mit Berücksichtigung von Wärmeleitung
  • Auslegung und Berechnung hocheffizienter Kühlungssysteme 
  • Simulation von Filmkühlung für hochbelastete Turbinenschaufeln
  • Auslegung und Berechnung von Prallkühlung für Brennkammerwände oder 
  • Dimensionierung und Simulation interner Kühlkanäle, bpsw. für interne Schaufelkühlung, sowie Maßnahmen zur Steigerung des Wärmeübergangs oder simulationsbasierte, parameterbasierte Optimierung 
  • Strömungssimulationen von Windkraftanlagen oder Windfarmen mit gegenseitiger Beeinflussung 
  • Festigkeitsberechnungen thermischer Spannungen belasteter Komponenten
  • FEM-Simulationen zur Berechnung von Fliehkraftbelastung rotierender Bauteile
Internal Blade Cooling
Wind Farm Simulation
Wind Turbine Simulation

Architektur

CFD Simulation of Air Filtering
HVAC Simulation
CFD Topology Simulation

Architektur

In der Architektur werden CFD- und FEM-Simulationen für verschiedene Aufgaben und Fragestellungen eingesetzt. Bei derSo werden mithilfe von Strömungssimulationen häufig Windlasten berechnet. Auch die gegenseitige Beeinflussung von Gebäuden bei verschiedenen Wetterszenarien kann mithilfe von CFD-Simulationen erfasst werden. Je nach Anforderung kommen hier skalenauflösende Turbulenzmodelle zum Einsatz, um auftretende Verwirbelungen möglichst genau abbilden zu können. Im Gebäudeinneren werden Strömungssimulationen für Fragestellungen rund um die Themen Luftverteilung, Klimatisierung und Komfort (HVAC) eingesetzt. Auch die Verbreitung von Konzentrationen oder Partikeln und daraus abgeleitet Fragestellungen hinsichtlich Luftumwälzung oder Luftfilterung können mithilfe von CFD-Simulationen analysiert und geplant werden. Für die Vorhersage von Desinfektionsraten eignen sich Strömungssimulationen ebenfalls sehr gut, weil sie mithilfe von Partikel- oder Konzentrationsverteilungen eine effiziente Aussage und Bewertung dessen erlauben, was in Messungen oft nur sehr aufwändig und schwierig bestimmbar ist.

FEM-Simulationen beschäftigen sich häufig mit verschiedenen Tragwerken in den Bauwerken und den wirkenden statischen oder dynamischen Lasten. Dies können beispielsweise mithilfe von CFD-Simulationen bestimmte Windlasten (stationär oder instationär) sein. Bei komplexen Fragestellungen nach der Wechselwirkung mit aerodynamischen Lasten werden Fluid-Struktur-Interaktionssimulationen (FSI) eingesetzt, die eine echte Antwort der Struktur auf die aerodynamische Krafteinwirkung simuliert.

Unsere Erfahrungen und Anwendungsbeispiele

  • Stationäre und instationäre Strömungssimulationen für Gebäudeumströmung
  • Skalenauflösende Turbulenzmodellierung (bspw. Detached Eddy Simulation, DES) für die detaillierte Vorhersage von Verwirbelungen oder von aerodynamischen Wechselwirkungen für verschiedene Windszenarien
  • Simulation des Überflugs von Luftfahrzeugen (z.B. Hubschrauber) zur Vorhersage resultierender Abwinde und Windlasten
  • ekoppelte aerodynamische und thermische Simulationen für die Vorhersage von Luftverteilung, Klimatisierung und Komfort (HVAC), ggsf. in Kombination mit Strahlung
  • Passiver Skalartransport oder Partikelsimulation zur Vorhersage von Konzentrationen, Luftfilterung oder Desinfektionsraten
  • Strömungssimulationen zur Bewertung von Geländetopographie für Bebauung oder zur Eignung für Windkraftanlagen
  • Festigkeitsberechnung von Tragwerken für statische und dynamische Lasten
  • Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) für wind-induzierte Kräfte auf Gebäude
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