{"id":15215,"date":"2024-04-09T10:19:14","date_gmt":"2024-04-09T08:19:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/?post_type=glossar&#038;p=15215"},"modified":"2024-07-19T09:46:57","modified_gmt":"2024-07-19T07:46:57","slug":"cfd-simulation-computational-fluid-dynamics","status":"publish","type":"glossar","link":"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/glossar\/cfd-simulation-computational-fluid-dynamics\/","title":{"rendered":"CFD-Simulation &#8211; Computational Fluid Dynamics"},"content":{"rendered":"\n<h1 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-cfd-simulation-computational-fluid-dynamics\">CFD-Simulation &#8211; Computational Fluid Dynamics<\/h1>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Was ist eine CFD-Simulation?<\/h2>\n\n\n\n<p>Die <strong>CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics, dt: Numerische Str\u00f6mungsmechanik)<\/strong> ist eine computergest\u00fctzte numerische Methode zur Analyse und Vorhersage von Str\u00f6mungsverhalten und -ph\u00e4nomenen in Fluiden (Gase oder Fl\u00fcssigkeiten). Sie wird in den Ingenieurwissenschaften und der Wissenschaft eingesetzt, um das Verhalten von Fluiden in komplexen Geometrien und unter verschiedenen Bedingungen zu untersuchen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"617\" src=\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/Spyra-FlowAnalyse.webp\" alt=\"CFD-Simulation\" class=\"wp-image-15218\" title=\"CFD-Simulation\" srcset=\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/Spyra-FlowAnalyse.webp 1024w, https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/Spyra-FlowAnalyse-300x181.webp 300w, https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/Spyra-FlowAnalyse-768x463.webp 768w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">CFD-Simulation<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Wie funktioniert CFD-Simulation?<\/h2>\n\n\n\n<p>Die CFD-Simulation verwendet die Prinzipien der Kontinuumsmechanik und numerischen Methoden, um die Navier-Stokes-Gleichungen und andere Transportgleichungen, die die Str\u00f6mungsph\u00e4nomene beschreiben, numerisch zu l\u00f6sen. Das zu analysierende Gebiet wird in ein Gitter oder Netzwerk von kleinen diskreten Zellen unterteilt. In diesen Zellen werden die Gleichungen gel\u00f6st, um das Str\u00f6mungsverhalten an jedem Punkt im Gebiet zu berechnen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Wie ist der Ablauf einer Str\u00f6mungssimulation?<\/h2>\n\n\n\n<p>Der Ablauf einer Str\u00f6mungssimulation kann je nach Komplexit\u00e4t des zu untersuchenden Problems variieren. Hier ist ein grundlegender Ablauf, der f\u00fcr viele CFD-Simulationen typisch ist:<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Problemdefinition und Modellierung<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba206dc\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Klare Definition des zu simulierenden Problems, wie z. B. Str\u00f6mung um ein bestimmtes Objekt, in einem bestimmten Kanal oder durch eine Anlage.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Erstellung eines geometrischen Modells des zu simulierenden Gebiets mit CAD-Software. Dieses Modell wird in das CFD-Simulationsprogramm importiert.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Vorbereitung des Gitternetzes<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20854\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Erstellung eines Gitternetzes oder Netzwerks von kleinen diskreten Zellen, die das Gebiet abdecken.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Die Qualit\u00e4t des Gitternetzes hat einen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit und Effizienz der Simulation. Ein feines Gitter kann zu einer genaueren L\u00f6sung f\u00fchren, erfordert jedoch mehr Rechenressourcen.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Wahl der physikalischen Modelle und Gleichungen<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20965\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Auswahl der geeigneten mathematischen Gleichungen und Modelle, die das Str\u00f6mungsverhalten im betrachteten Szenario beschreiben. Dies umfasst in der Regel die Navier-Stokes-Gleichungen, Turbulenzmodelle und gegebenenfalls thermische Gleichungen.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Festlegung der Randbedingungen<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20a76\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Definition von Randbedingungen, die das Str\u00f6mungsverhalten an den Grenzen des Gebiets beeinflussen. Dies umfasst Einlassbedingungen, Auslassbedingungen, W\u00e4nde, freie Oberfl\u00e4chen und andere Grenzbedingungen.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Numerische L\u00f6sung<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20b82\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Numerische L\u00f6sung der Gleichungen f\u00fcr jeden Zeitschritt im vorgegebenen Simulationszeitraum.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Iterative L\u00f6sungsschleifen werden durchgef\u00fchrt, bis die L\u00f6sung konvergiert, das hei\u00dft, bis sich die Str\u00f6mungsvariablen nicht mehr wesentlich \u00e4ndern.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Postprocessing und Analyse<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20cb6\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Auswertung und Visualisierung der Ergebnisse nach Abschluss der Simulation.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Darstellung von Geschwindigkeitsvektoren, Druckverteilungen, Temperaturkonturen und anderen str\u00f6mungsbezogenen Informationen.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Analyse der Simulationsergebnisse, um wichtige Str\u00f6mungsmerkmale, Wirbelbildung, Druckverluste, W\u00e4rmeverteilung und andere relevante Parameter zu verstehen.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Validierung<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20dbe\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>\u00dcberpr\u00fcfung der Genauigkeit der Simulationsergebnisse durch Vergleich mit experimentellen Daten oder anderen validierten Modellen, um die Zuverl\u00e4ssigkeit und Genauigkeit der Simulation zu gew\u00e4hrleisten.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Interpretation und Berichterstattung<\/h3>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-greyd-list\" id=\"list_67411eba20ece\">\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Interpretation der Ergebnisse und Schlussfolgerungen f\u00fcr das betrachtete Str\u00f6mungsproblem.<\/p><\/span><\/li>\n\n\n\n<li style=\"margin-left: 20px; \"><span class=\"list_icon\"><\/span><span class=\"list_content\"><p>Erstellung eines Berichts mit detaillierten Beschreibungen des Modells, der Simulationseinstellungen, der Ergebnisse und der Interpretationen.<\/p><\/span><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Der Ablauf einer Str\u00f6mungssimulation erfordert eine gr\u00fcndliche Planung, um sicherzustellen, dass das richtige Modell, die Gittergr\u00f6\u00dfe und die numerischen Einstellungen ausgew\u00e4hlt werden, um zuverl\u00e4ssige und aussagekr\u00e4ftige Ergebnisse zu erhalten. Fortgeschrittene CFD-Simulationen k\u00f6nnen zus\u00e4tzliche Schritte beinhalten, wie z. B. Mehrphasenstr\u00f6mung, chemische Reaktionen oder Str\u00f6mung-Struktur-Interaktion (FSI).<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Anwendungsbereiche der CFD-Simulation<\/h2>\n\n\n\n<p><strong>Aerodynamik:<\/strong> Analyse des Luftstr\u00f6mungsverhaltens um Flugzeuge, Fahrzeuge oder Geb\u00e4ude, um den Luftwiderstand, Auftrieb und andere aerodynamische Eigenschaften zu verstehen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Str\u00f6mungsmechanik:<\/strong> Untersuchung des Verhaltens von Fl\u00fcssigkeiten in Rohrleitungen, Pumpen, Ventilen und anderen Komponenten.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>W\u00e4rme\u00fcbertragung: <\/strong>Analyse des W\u00e4rmetransports und der Temperaturverteilung in thermischen Systemen wie K\u00fchlsystemen, Heizungen und Klimaanlagen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Verbrennung: <\/strong>Untersuchung des Verbrennungsverhaltens in Verbrennungsmotoren oder industriellen Brennern.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Turbomaschinen:<\/strong> Analyse des Str\u00f6mungsverhaltens in Turbinen und Kompressoren.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Umweltsimulation: <\/strong>Untersuchung von Luft- und Wasserstr\u00f6mungen, um Umweltauswirkungen zu analysieren, wie zum Beispiel die Ausbreitung von Schadstoffen oder Abw\u00e4ssern.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Was sind die Vorteile einer CFD-Simulation?<\/h2>\n\n\n\n<p>Die CFD-Simulation bietet viele Vorteile, darunter:<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Virtuelle Tests: <\/strong>CFD-Simulationen erm\u00f6glichen es Ingenieuren, das Str\u00f6mungsverhalten virtuell zu testen und verschiedene Szenarien zu analysieren, ohne physische Prototypen erstellen zu m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Effizienz:<\/strong> CFD erm\u00f6glicht es, die Leistung von Produkten und Systemen zu verbessern, indem das Design optimiert und ineffiziente Aspekte identifiziert werden.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Kosteneinsparungen:<\/strong> Durch die Verwendung von CFD-Simulationen k\u00f6nnen Entwicklungs- und Testkosten reduziert werden, da teure experimentelle Tests reduziert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Fr\u00fchzeitige Fehlererkennung:<\/strong> CFD-Simulationen helfen, potenzielle Probleme und ineffiziente Designaspekte fr\u00fchzeitig zu erkennen und zu beheben.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Was macht eine CFD-Software?<\/h2>\n\n\n\n<p>Eine CFD-Simulation-Software ist eine spezielle Software, die es Ingenieuren und Wissenschaftlern erm\u00f6glicht, Str\u00f6mungsverhalten und Str\u00f6mungsph\u00e4nomene in komplexen Systemen numerisch zu analysieren. Diese Software f\u00fchrt Simulationen basierend auf den Grundprinzipien der Kontinuumsmechanik und numerischen Methoden durch, um das Verhalten von Fluiden (Gase oder Fl\u00fcssigkeiten) zu modellieren.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-die-hauptaufgaben-einer-cfd-software\">Die Hauptaufgaben einer CFD-Software<\/h3>\n\n\n\n<p><strong>Diskretisierung des Gebiets: <\/strong>Die Software erstellt ein Gitternetz oder ein Netzwerk von kleinen diskreten Zellen, die das zu untersuchende Gebiet abdecken. Die Qualit\u00e4t des Gitternetzes kann die Genauigkeit und Effizienz der Simulation beeinflussen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Numerische L\u00f6sung der Gleichungen:<\/strong> Die Software l\u00f6st die Navier-Stokes-Gleichungen und gegebenenfalls andere Transportgleichungen, die das Str\u00f6mungsverhalten beschreiben. Dabei werden numerische Methoden wie das Finite-Volumen-Verfahren oder das Finite-Elemente-Verfahren angewendet, um die Gleichungen f\u00fcr jedes Element im Gitter zu approximieren und zu l\u00f6sen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Randbedingungen und Anfangsbedingungen:<\/strong> Die Software erlaubt die Definition der Randbedingungen an den Grenzen des Gebiets sowie der Anfangsbedingungen zu Beginn der Simulation. Diese Rand- und Anfangsbedingungen beeinflussen das Verhalten der Str\u00f6mung und sind entscheidend f\u00fcr die Genauigkeit der Ergebnisse.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Zeitschritt und Iteration: <\/strong>Die Software f\u00fchrt die Simulation in kleinen Zeitschritten durch und l\u00f6st die Gleichungen iterativ f\u00fcr jeden Zeitschritt. Die Iteration wird wiederholt, bis die L\u00f6sung konvergiert, das hei\u00dft, bis sich die Str\u00f6mungsvariablen nicht mehr wesentlich \u00e4ndern.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Postprocessing und Visualisierung: <\/strong>Die Software erm\u00f6glicht die Auswertung und Visualisierung der Ergebnisse nach Abschluss der Simulation. Sie stellt die Ergebnisse in verschiedenen Darstellungsformen dar, wie Geschwindigkeitsvektoren, Druckverteilungen, Temperaturkonturen und anderen str\u00f6mungsbezogenen Informationen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Benutzerfreundlichkeit:<\/strong> Moderne CFD-Software ist in der Regel benutzerfreundlich und bietet eine grafische Benutzeroberfl\u00e4che, die die Modellierung, Einstellung der Simulation, Durchf\u00fchrung der Berechnungen und Analyse der Ergebnisse erleichtert.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Validierung und Verifikation:<\/strong> Die Software erm\u00f6glicht die \u00dcberpr\u00fcfung der Genauigkeit der Ergebnisse durch Vergleich mit experimentellen Daten oder anderen validierten Modellen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Erweiterte Funktionen:<\/strong> Fortgeschrittene CFD-Software kann zus\u00e4tzliche Funktionen bieten, wie Mehrphasenstr\u00f6mung, Turbulenzmodelle, chemische Reaktionen oder Str\u00f6mung-Struktur-Interaktion (FSI).<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">CFD-Software von Bechtle PLM<\/h2>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">SOLIDWORKS Flow Simulation<\/h3>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"683\" src=\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/SOLIDWORKS-Flow-Simulation-2.webp\" alt=\"SOLIDWORKS Flow Simulation\" class=\"wp-image-15217\" srcset=\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/SOLIDWORKS-Flow-Simulation-2.webp 1024w, https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/SOLIDWORKS-Flow-Simulation-2-300x200.webp 300w, https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/SOLIDWORKS-Flow-Simulation-2-768x512.webp 768w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">SOLIDWORKS Flow Simulation<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p><a href=\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/software\/solidworks\/solidworks-flow-simulation\/\">SOLIDWORKS Flow Simulation<\/a>&nbsp;ist eine intuitiv zu handhabende L\u00f6sung f\u00fcr numerische Str\u00f6mungsmechanik (CFD), die in SOLIDWORKS 3D CAD eingebettet ist und mit der Sie schnell und einfach Fl\u00fcssigkeits- und Gasstr\u00f6mungen in Ihren Konstruktionen simulieren und somit die Leistungsf\u00e4higkeit berechnen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">3DEXPERIENCE Works Computational Fluid Dynamics<\/h3>\n\n\n\n<p>3DEXPERIENCE Works Simulation&nbsp;bietet Ihnen eine robuste und intuitive Fluid Flow-L\u00f6sung, um effizient den Fluidfluss und die thermische Leistung von Produkten untersuchen k\u00f6nnen, indem sie Computational Fluid Dynamics (CFD) zur Beschleunigung von Produktinnovationen verwenden.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">XFlow<\/h3>\n\n\n\n<p>Die hochmoderne Technologie von&nbsp;XFlow&nbsp;erm\u00f6glicht komplexe CFD-Workflows mit hochfrequenten transienten Simulationen mit realen bewegten Geometrien, komplexen Mehrphasenstr\u00f6mungen, freie Oberfl\u00e4chenstr\u00f6mungen und Fluid-Struktur-Interaktionen.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">CFD-Simulation und CAD<\/h2>\n\n\n\n<p>Die Verbindung von CFD-Simulation und CAD (wie z.B. <a href=\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/software\/solidworks\/solidworks-3d-cad\/\">SOLIDWORKS 3D CAD<\/a>) erm\u00f6glicht es, die geometrischen Modelle und Eigenschaften von Produkten oder Strukturen aus CAD-Software in CFD-Simulationssoftware zu importieren. Dies erlaubt es, die Str\u00f6mungsbedingungen in komplexen Geometrien zu analysieren und das Verhalten von Fluiden virtuell zu untersuchen. Die Ergebnisse der CFD-Simulation k\u00f6nnen dann wiederum in die CAD-Modelle zur\u00fcckgef\u00fchrt werden, um das Design entsprechend zu optimieren oder anzupassen.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Integration von CFD-Simulation und CAD erm\u00f6glicht eine effiziente und iterative Gestaltung und Optimierung von Produkten und Systemen, indem das Str\u00f6mungsverhalten fr\u00fchzeitig in den Entwicklungsprozess einbezogen wird. Es tr\u00e4gt zu einer verbesserten Leistung, Sicherheit und Effizienz von Produkten und Anlagen bei.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Fazit<\/h2>\n\n\n\n<p>Insgesamt erm\u00f6glicht die CFD-Simulation Ingenieuren und Wissenschaftlern, das Verhalten von Fluiden in komplexen Systemen zu verstehen und zu optimieren, was zu verbesserten Produkten, h\u00f6herer Effizienz und besserer Leistung f\u00fchrt.<\/p>\n","protected":false},"author":6,"parent":0,"menu_order":0,"template":"","meta":{"_acf_changed":false,"inline_featured_image":false,"greyd_block_editor_preview":[]},"glossar_category":[274],"glossar_tag":[],"acf":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO Premium plugin v22.2 (Yoast SEO v23.8) - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>Was ist eine CFD-Simulation? 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