Grundlagen Flashcards
1
Q
CFD Bezeichnung
A
Computational Fluid Dynamics
(Numerische Ströumungssimulation
2
Q
Warum?
A
Vielzahl komplexer dynamischer Strömungsfelder kann bestimmt werden
Versuch: Nur punktuelle Messungen
Theorie: nur wenige analytische Lösungen
3
Q
Beteiligte Disziplin
A
Theorie der Strömungen bewegter Fluide + Wärmeübertragung, chem. Prozesse, Verbrennung…
->Differentialgleichungen, Modelle, Refernezlösungen
Numerische Verfahren
- > Lösung gekoppelter nichtlinearer partieller Diff.gl.systeme
- > Diskretisierung, Algorithmen, Stabilitätsaussagen
Computertechnik
- > Codierung der Lösungsverfahren
- > Entwicklung effizienter Lösungsstrategien und Benutzerschnitstellen (Parallelisierung-> Software + abgestimmte Hardware z.B HPC-Cluster)
4
Q
Möglichkeiten der CFD
A
- Ursachenanalyse (z.B. Betrachtung einzelner DGL-Terme)
- > Strömungen können ein hoch dynamisches und Komplexes Verhalten aufweisen
-Alternative / Ergänzung bei moderaten Kosten
- Simulationen für Strömungen die nicht in Versuchen abgebildet werden können
- > geophysikalisch / biologisch
- > for Prototypenfertigung
- gefährliche Strömungen (z.B. Explosion)
- einfache Variation von Parametern / Geometrien
5
Q
Grenzen der CFD
A
- Experimentelle Untersuchung trotzdem nötig, da
- > Kostengünstige Ermittlung integraler Größen
- > Hinweise auf mögliche Probleme besser erkennbar
- Idealisierungen oder Vereinfachung häufig notwendig
- > keine gesicherten Modelle
- > rechen zeit / Kosten gering halten
- Immer nur numerische näherungslösung
- eindrucksvolle Bilder können täuschen
6
Q
Anwendung
A
- Forschung
- > Virtueller Versuchsstand
- > Untersuchung von Strömungsstrukturen
- > Analyse von Instabilitäten (z.B. Laminar-Turbulenter Umschlag)
- Hochschulausbildung
- > Berufliche Qualifikation
- > Stömungsmech. Verständnis
- > Praktische Anwendung von Theorie
- Industrielle Entwicklung / Konstruktion
- > Integraler Bestandteil
- > Rechnerische Auslegung als Anforderung an Zulieferer / OEM
- > Überschlägige Berechnung auf dem PC
- > Integration in CAD
7
Q
Beispiele
A
- Flugzeugbau
- > Auftrieb / Wiederstand
- > Stragh- / Turboporopantriebe
- Fahrzeugbau
- > Wiederstand / Abtrieb
- > Kühlung Mottorraum
- > Strömungsinduzierte Geräuschentwicklung
- Energieanlagen
- > Gas- und Dampfturbinen
- > Wasserturbinen
- > Windkraft
- > techn. Verbrennung (Heizungsanlagen)
8
Q
Generelles Vorgehen
A
- Pre Processing
- Idealisierung / Modellierung
- > Geometrie
- > Vernetzung
- > Randbedingungen
- > Modelle - Solver
- Lösen des Gleichungssystems - Post Processing
- Überprüfung der Lösung
- Auswertung der Ergebnisse
- häufig Modifikation (wieder zu 1)
9
Q
ANSYS UMGEBUNG
A
- > Workbensch (Projektorganisation
- > Design Modeler (CAD Funktionen)
- > ANSYS Meshing (Pre-Processing)
- > Fluent
- Setup (Pre-Processing)
- Solver / Post-Processeor
- > CFD Post
10
Q
Pre Processing - CAD Bereich
A
- Geometrieerzeugung mit CAD / über Import
- Vorbereitung der Geometrie auf Netzgenerierung
- ggf. Segmentierung des Berechnungsgebietes
11
Q
Pre- Processing - Netzgenerierung
A
- Aufteilung des Gebiets in einzelne Zellen
- Netzqualität hat große Auswirkung auf das Lösungsverhalten und die Qualität der Lösungen
- Netzaufbau orientiert sich am erwarteten Strömugnsfeld
- Ggf. Definition von Subnetzbereichen
- Auswahl und Gruppierung definierter Randzellen für die Erfassung von Randbedingungen
12
Q
Pre Processing - Vorbereitung des Rechenlaufs
A
- Stoffeigenschaften
- Modellauswahl (Numerik, Physik)
- Solvereinstellungen (Monitoring, Konvergenzkriterien)
- Definition der Rand und Anfangsbedingungen
13
Q
Auswahl für den Solver
A
- Stationär / Instationär
- Reibungsbehaftet / Reibungsfrei / Wärmeübertragung
- > Reibungsbehaftet
- > Laminar / Turbulent
- > Kompressibel (Gase , Akustik) / Inkompressibel (Flüssigkeiten)
- > Innensträmung (Rohre, Kanäle) / Außenströmung (Flügel, Auto)
- > Kompressibel (Gase , Akustik) / Inkompressibel (Flüssigkeiten)
- > Laminar / Turbulent
- > Wärmeübertragung
- > Wärmeleitung / Konvektion / Strahlung
14
Q
Solver
A
- Löst das diskretisierte Model
- Überwachung einzelner Größen
- Überwachung des Konvergenzverlaufs
- Serielle REchnung (1 Job -> 1 Prozessor)
- Parallele Rechnung (1 Job - N Prozessoren)
- > jeder Prozessor löst einen Teil des Gleichungssystems
- > Beschleunigung der Berechnung
15
Q
Post Processor
A
- > Grafische Auswertung
- > Vektorpfeile, Contourplots, 2D-Plots, Stromlinien, Isoflächen, Animationen
