Fluide fördern, regeln und mischen

Strömungsmechanik für Pumpen und Ventile

Alles fließt! Und überall, wo mit flüssigen und gasförmigen Medien gearbeitet wird, machen unsere CFD Simulationslösungen, die Produktentwicklung schneller, effizienter und sicherer. Schauen Sie sich in unserem Erklärvideo an, welche Potenziale der Einsatz von Fluidsimulation bei der Entwicklung von Pumpen, Ventilen, Wärmetauschern und im Anlagenbau hat.

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Fluide fördern, regeln und mischen

INNEO und unsere Kunden setzen seit Jahren erfolgreich auf Lösungen von Ansys. Warum, erfahren Sie hier.

Was versteht man unter Fluidsimulation bzw. CFD?

Fluidsimulation, Strömungssimulation oder CFD (von engl. Computational Fluid Dynamics) ist im Wesentlichen eine Disziplin, die mithilfe digitaler Computer quantitative Vorhersagen von Strömungsphänomenen auf der Grundlage der Erhaltungssätze (Erhaltung von Masse, Impuls und Energie) erstellt, die die Bewegung von Flüssigkeiten regeln. (Quelle)

Solche Strömungsphänomene treten an sehr unterschiedlichen Orten auf und können auch andere physikalische Aspekte beeinflussen, z. B. wenn Flüssigkeiten mit Festkörpern wechselwirken, Temperaturunterschiede eine Rolle spielen und vieles mehr. Einige dieser Effekte treten häufig auf, andere seltener. Als Hersteller oder Konstrukteur sollten Sie eine möglichst genaue Vorstellung davon haben, welche Effekte für Sie relevant sind und welche Auswirkungen sie haben.

Einige Beispiele, wie die Strömungssimulation Ihre Produktentwicklung beeinflussen kann, haben Sie vielleicht schon in unserem nebenstehenden Video gesehen. Im Folgenden möchten wir Ihnen einige Anwendungsfälle aufzeigen und Sie dazu inspirieren, Ihre Aufgaben mithilfe von CFD anzugehen. Wie Sie mit diesen und weiteren Anforderungen umgehen können, erfahren Sie in der Aufzeichnung unseres Webinars "Fluide fördern, regeln und mischen - Strömungsmechanik mit Ansys"

zur Webinaraufzeichnung

Für wen ist Software zur Fluidsimulation interessant?

Anwendungen der Strömungssimulation finden sich, wie der Name schon vermuten lässt, überall dort, wo mit Fluiden gearbeitet wird oder Produkte hergestellt werden, die mit Fluiden in Wechselwirkung stehen. Auch die Tatsache, dass Flüssigkeiten numerisch simuliert werden können, ist wohl jedem Ingenieur bekannt. Dennoch hat die Strömungssimulation den Ruf, zeitaufwändig und komplex zu sein. Wenn Sie an CFD denken, haben Sie vielleicht Bilder von Flugzeugen, Raketen und Rennwagen vor Augen, und auch wenn dies natürlich sinnvolle Anwendungen für die Strömungssimulation sind, so liegen die meisten Anwendungsgebiete doch in anderen, zum Teil viel alltäglicheren Bereichen.

Hier nur ein paar Beispiele:

Heizungsbau, Klimatisierung, Installation
Trinkwasseraufbereitung
Industrielle Prozesse zum Mischen oder Abfüllen, aber auch das Temperieren von verschiedenen Stoffen
Anlagenbauer sowie Hersteller von Aggregaten und Einzelkomponenten

und natürlich noch in vielen weiteren Unternehmen sowie bei solchen, die an der Planung oder als Zulieferer tätig sind.

Wofür kann ich Fluidsimulation nutzen?

Mit diesem kurzen Überblick der relevanten Branchen ergibt sich natürlich ein unheimlich weites Feld an möglichen Anwendungen. Anhand einiger Beispiele möchten wir Ihnen nun aufzeigen, welche Ziele Sie durch den Einsatz von Fluidsimulation erreichen können:

Das soll keine abschließende Auflistung sein, sondern nur einige der häufigsten Anwendungsfälle beschreiben, in denen Simulation einen besonders großen Effekt entfaltet. Darüber hinaus können natürlich verschiedenste andere physikalische Eigenschaften und deren Zusammenspiel simuliert werden.

Kenndaten aus der Simulation bestimmen

Pumpen optimieren und auslegen

Temperieren und Mischen

Anfälligkeit für Verschmutzung und Verschleiß bewerten

Kräfte und Belastungen erkennen

Komplexe Systeme simulieren

Anwendungen von Fluidsimulation

bei Pumpen und Ventilen

Ventile und Armaturen auslegen und Kenndaten aus der Simulation bestimmen.

Nutzen Sie die Strömungssimulation auf Basis des 3D-Modells schon sehr früh im Entwicklungsprozess zur Überprüfung wichtiger Parameter Ihres Produktes. Beispielsweise können Sie den Kv-Wert, den zu erwartenden Druckverlust und Strömungswiderstand oder bei komplexeren Systemen die gesamte Anlagenkennlinie direkt aus der Geometrie generieren. Das hat für Sie den Vorteil, dass Sie in der Prototypenphase keine bösen Überraschungen mehr erleben. Darüber hinaus lassen sich dadurch viele Prozesse beschleunigen und vereinfachen.

Bereitstellung von Kennzahlen und Kennlinien für Datenblätter und Produktinformationen auf Basis der Simulationsergebnisse
Frühzeitige Überprüfung der Einhaltung von Spezifikationen und Reduzierung von Prototypen/Modellen
Neuralgische Stellen für Verwirbelungen, Ablagerungen, Verschleiß oder Risse erkennen und Materialeinsatz optimieren

Pumpen optimieren

Wenn Sie Pumpen herstellen, möchten Sie früh wissen, ob Ihr neues Produkt die geplante Leistung auch unter allen erdenklichen Einsatzbedingungen liefern kann ...
Als Anlagenhersteller ist es wichtig, die Kennzahlen Ihres Systems zu kennen, um die geeignete Pumpenklasse und -größe auswählen zu können ...

In beiden Fällen hilft Fluidsimulation, um Ihre Fragen schnell und zuverlässig zu beantworten:

Stimmen Kennlinien und -werte wie Drücke, Förder- und Ansaughöhe mit den Vorgaben überein? Welchen Einfluss haben verschiedene Medien oder Temperaturen?
Wie effizient arbeitet die Pumpe in verschiedenen Szenarien und kann dies optimiert werden? Bleiben Temperatur und Motorlast dabei im sicheren Bereich?
Tritt in der Pumpe Kavitation auf oder gibt es ungewünschte Ruhe-/Kältezonen im System, die die Funktion beeinflussen?
...

Um solche Fragestellungen schnell und vor allem frühzeitig zu beantworten, sollten Sie als Teil Ihres Produktentwicklungsprozesses eine strömungsmechanische Simulation durchführen. So vermeiden Sie, dass Probleme oder nötige Anpassungen erst bei der Inbetriebnahme oder beim Kunden sichtbar werden. Je nach Ihren Anforderungen kann der nötige Detailgrad natürlich variiert werden: Unsere Lösungen skalieren nahtlos von schnellen, konstruktionsbegleitenden Simulationen bis hin zu multiphysischen Betrachtungen, die z.B. auch Elektronik oder Elektromagnetismus mit einbeziehen. Ab einem gewissen Umfang werden dann auch das Management der Simulationen oder teilautomatisierte Prozesse relevant.

Mit INNEO haben Sie übrigens einen kompetenten Partner, der Ihnen bei der Planung Ihrer Simulationsprozesse zur Seite steht.

Medien Mischen und Temperieren

Wenn Stoffe gemischt werden sollen, ist meist eine homogene Verteilung oder eine gleichmäßige Temperatur des Mediums das Ziel. Ein gewisses Maß an Turbulenz ist beim Mischen natürlich erwünscht, aber wenn die Strömung zu unregelmäßig wird, entstehen Bereiche, in denen überhaupt nicht gemischt wird, und der gesamte Prozess wird ineffizient.

Auch bei der Wärmeabfuhr über Wärmetauscher ist die Simulation sehr hilfreich, um den Wärmeübergang und die Strömung zu optimieren oder die optimale Strömungsgeschwindigkeit oder Geometrie der Finnen zu ermitteln. Schließlich sind Wärmetauscher groß und teuer und nicht immer erlauben die räumlichen oder wirtschaftlichen Gegebenheiten eine optimale Lösung mit einwandfreier Anströmung. Gerade, wenn äußere Gegebenheiten sie in der Planung einschränken, gibt Simulation Ihnen die nötigen Einblicke und Planungssicherheit, um dennoch leistungsfähige und innovative Produkte zu entwickeln.

Belastungen und Verschmutzungen ermitteln

Welche Kräfte wirken in meinem Ventil und wie stark muss der Aktor sein, um die geforderten Schaltzeiten auch unter nicht idealen Bedingungen zu erreichen? Selbst vermeintlich kleine und einfache Produkte sind komplexe mechatronische Systeme, in denen unterschiedliche Anforderungen aufeinandertreffen. Bei komplexeren Ventilgeometrien wird es nahezu unmöglich, die auftretenden Kräfte über den gesamten Bereich der Randbedingungen zu bestimmen.

Die Simulation hilft hier, die auftretenden Kräfte in verschiedenen Zuständen zuverlässig zu ermitteln. Mit diesen Daten können Sie Gehäuse, Ventilkörper, aber auch mechanische und elektromechanische Komponenten auslegen. So stellen Sie sicher, dass Ihre Produkte über den gesamten Lebenszyklus zuverlässig funktionieren und sich nicht übermäßig verformen, frühzeitig ermüden und verschleißen.

Gesamtsysteme Simulieren

Bei der Kombination komplexer Komponenten zu einem Gesamtsystem kann es zu unerwünschten Beeinflussungen und Wechselwirkungen kommen. Unnötige Kosten und Verzögerungen - eventuell verbunden mit Produktionsausfällen und Vertragsstrafen - können die Folge sein. Eine vorab durchgeführte Simulation hilft hier zuverlässig, die Risiken zu minimieren und zu bewerten.

Aber auch in anderer Hinsicht ist die Simulation kompletter Anlagen sinnvoll: Denken Sie zum Beispiel an Lieferengpässe bei wichtigen Komponenten. Müssen einzelne Systemkomponenten mangels Lieferfähigkeit ersetzt werden, oder sollen Ihre Komponenten in bestehende System integriert werden, lässt sich einfach überprüfen, ob die Anlage noch die geforderte Leistung, Lebensdauer, etc. hat. Und auch im Hinblick auf IoT-Funktionen und Predictive Maintenance liefert die Simulation unschätzbare Mehrwerte: Statt KI-Modelle mit realen Messdaten zu trainieren, greifen immer mehr Unternehmen im ersten Schritt auf virtuelle Messdaten aus der Simulation zurück, um die zulässigen Betriebsparameter für Alarmschwellen zu ermitteln.

Überzeugen Sie sich von unseren erfolgreichen Referenzen:

Webinaraufzeichnung: Fluide fördern, regeln und mischen - Strömungsmechanik mit Ansys

In unserer kostenlosen Webinaraufzeichnung vom 26.04.2023 erfahren Sie, wie Sie Fluidsimulation an alltäglichen Beispielen effizient und gewinnbringend einsetzen. Wir beleuchten eine Reihe von Use Cases. Dabei legen wir besonderen Wert auf Praxisnähe und auf die Vorteile, die CFD bei der Entwicklung von Ventilen, Mischern, Armaturen, Pumpen etc. entfaltet.

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Warum Sie mit INNEO und Ansys auf dem richtigen Weg sind

Erfahren Sie in unserem kompakten Factsheet alles, was Sie zu INNEO wissen müssen. Jetzt einfach downloaden!

INNEO Factsheet (PDF)

Was verstehen wir unter Best-in -Class Technologie?

Wir setzen auf Simulationswerkzeuge von Ansys. Ansys-Lösungen werden für viele Bereiche als führende Software angesehen
INNEO verfügt über umfassende Expertise als Ansys Partner, um Sie über Produktauswahl und Implementierung hinaus auf dem Weg zu einer langfristigen Simulationsstrategie zu beraten und zu begleiten

Was verstehen wir unter Multiphysikalischer Simulation?

Im Gegensatz zum gängigen Vorgehen, verschiedene physikalische Eigenschaften isoliert voneinander zu simulieren und zu bewerten (multiple Physics), betrachten wir bei multiphysikalischer Simulation auch verstärkt die gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen physischen Aspekte.
Gerade bei komplexen Produkten oder wenn Sie sich in Grenzbereichen der eingesetzten Materialien oder Ingenieursdisziplinen bewegen, wird es wichtig, auch einen Blick über den eigenen Tellerrand hinauszuwerfen. Effekte, bei denen mehrere Aspekte interagieren, können hier entscheidend werden.
Ansys bietet hier das vollständigste Produktportfolio und auch die führende Integration der verschiedenen Softwareprodukte, um in der Simulation ein ganzheitliches Produktbild zu bekommen.

Was verstehen wir unter Nachhaltigkeit?

Steigerung der Produktionseffizienz, Vermeidung von Ausschuss, genaue Erfassung von Ressourcen und Energie in der Nutzung als Grundlage für sauberes Carbon Footprinting (Life Cycle Analysis)
Durch Vernetzung und vorausschauende, smarte Planung lassen sich Wartungen besser eintakten oder Nebenprodukte/Abwärme besser nutzen
Durch höhere Flexibilität kann besser auf Veränderungen im Markt (Nachfrage) oder bei den Lieferketten reagiert werden (siehe COVID-19)
Verlagerung von Wissen aus den Köpfen hin zu abrufbaren digitalen Modellen und Methoden

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