Die Simulation basiert auf den Grundgleichungen der Str\u00f6mungsmechanik, wie den Navier-Stokes-Gleichungen, die die Bewegung von Fluiden beschreiben. Diese Gleichungen sind in der Regel komplex und oft analytisch nicht l\u00f6sbar, es sei denn, es handelt sich um sehr einfache Geometrien oder Randbedingungen. Daher werden numerische Methoden wie die Finite-Volumen-Methode oder die Finite-Elemente-Methode verwendet, um die Gleichungen diskret zu approximieren und auf einem Computer zu l\u00f6sen.<\/p>\n\n\n\n
Was ist eine numerische Str\u00f6mungssimulation?<\/h2>\n\n\n\n
Eine numerische Str\u00f6mungssimulation (englisch: Computational Fluid Dynamics, CFD) ist eine Methode zur Analyse und Vorhersage von Fluidstr\u00f6mungen mithilfe von Computersimulationen. Bei der numerischen Str\u00f6mungssimulation werden die grundlegenden physikalischen Gleichungen, die das Verhalten von Fluiden beschreiben, in diskrete Formen umgewandelt, um sie auf einem Computer zu l\u00f6sen. Dies erm\u00f6glicht die Simulation komplexer Str\u00f6mungsph\u00e4nomene in realen oder idealisierten Umgebungen.<\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n Die CFD-Str\u00f6mungssimulation beinhaltet in der Regel folgende Schritte:<\/p>\n\n\n\n Geometriemodellierung<\/strong>: Die geometrische Form des Systems oder der Komponente, in dem die Str\u00f6mung analysiert werden soll, wird in einem Computermodell erstellt. Dies kann ein komplettes Fahrzeug, ein Geb\u00e4ude, ein Flugzeugfl\u00fcgel, ein Turbinenrotor oder eine beliebige andere Form sein.<\/p>\n\n\n\n Netzgenerierung (Gittergenerierung)<\/strong>: Das geometrische Modell wird in ein Netz von Gitterpunkten oder Zellen umgewandelt. Dieses Gitter bildet die Grundlage f\u00fcr die numerische Approximation der Str\u00f6mungsgleichungen. Die Qualit\u00e4t und Feinheit des Gitters beeinflusst die Genauigkeit und Effizienz der Simulation.<\/p>\n\n\n\n Diskretisierung der Gleichungen<\/strong>: Die Navier-Stokes-Gleichungen und andere relevante physikalische Gleichungen werden in diskrete Formen umgewandelt. Dies erfolgt in der Regel durch Verwendung von numerischen Methoden wie der Finite-Volumen-Methode, der Finite-Elemente-Methode oder der Finite-Differenzen-Methode.<\/p>\n\n\n\n L\u00f6sung der Gleichungen<\/strong>: Die diskretisierten Gleichungen werden auf dem numerischen Gitter gel\u00f6st, um die Str\u00f6mungsvariablen wie Geschwindigkeit, Druck und Temperatur \u00fcber Raum und Zeit zu berechnen. Dies erfordert leistungsstarke Computerressourcen, da viele Berechnungen durchgef\u00fchrt werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n Postprocessing und Visualisierung<\/strong>: Die Ergebnisse der Simulation werden analysiert und visualisiert. Dies kann die Erstellung von Geschwindigkeitsprofilen, Druckverteilungen, Temperaturverl\u00e4ufen und anderen Parametern umfassen. Visualisierungen helfen, die Str\u00f6mungsph\u00e4nomene besser zu verstehen.<\/p>\n\n\n\n Numerische Str\u00f6mungssimulationen bieten die M\u00f6glichkeit, komplexe Str\u00f6mungsph\u00e4nomene in verschiedenen Anwendungen vorherzusagen und zu analysieren. Sie werden in vielen Branchen eingesetzt, um Produkte zu optimieren, Designs zu validieren, Effizienz zu verbessern und sicherheitsrelevante Aspekte zu ber\u00fccksichtigen. Allerdings erfordern solche Simulationen sorgf\u00e4ltige Validierung und Kenntnisse der Str\u00f6mungsmechanik, um genaue und zuverl\u00e4ssige Ergebnisse zu liefern.<\/p>\n\n\n\n CFD-Software ist eine Art von Computersoftware, die speziell f\u00fcr die Durchf\u00fchrung von numerischen Str\u00f6mungssimulationen (CFD-Simulationen) entwickelt wurde. Diese Software erm\u00f6glicht es Ingenieuren, Wissenschaftlern und Forschern, komplexe Str\u00f6mungsph\u00e4nomene in verschiedenen Anwendungen zu analysieren, vorherzusagen und zu visualisieren. CFD-Software bietet Werkzeuge zur Modellierung und Simulation von Fluidstr\u00f6mungen unter Verwendung von numerischen Methoden und Algorithmen. Hier sind einige Funktionen und Eigenschaften von CFD-Software:<\/p>\n\n\n\n Geometriemodellierung<\/strong>: CFD-Software erm\u00f6glicht die Erstellung und Bearbeitung von geometrischen Modellen von Komponenten, Systemen oder Umgebungen, in denen Str\u00f6mung stattfindet. Diese Modelle dienen als Grundlage f\u00fcr die Simulation.<\/p>\n\n\n\n Netzgenerierung (Gittergenerierung)<\/strong>: Die Software generiert automatisch oder manuell das numerische Gitter (Mesh), das den Simulationsraum in kleine Kontrollvolumen oder Zellen unterteilt. Die Gitterqualit\u00e4t und -feinheit beeinflussen die Genauigkeit der Simulationsergebnisse.<\/p>\n\n\n\n Solver<\/strong>: Die Software enth\u00e4lt Algorithmen, um die Navier-Stokes-Gleichungen und andere relevante Gleichungen der Str\u00f6mungsmechanik numerisch zu l\u00f6sen. Verschiedene L\u00f6sungsans\u00e4tze wie die Finite-Volumen-Methode oder die Finite-Elemente-Methode werden in CFD-Solvern implementiert.<\/p>\n\n\n\n Randbedingungen<\/strong>: Benutzer k\u00f6nnen die Randbedingungen festlegen, die die Str\u00f6mung beeinflussen, wie Eintrittsgeschwindigkeiten, Druckprofile und Temperaturprofile. Diese Randbedingungen werden in die Simulation integriert.<\/p>\n\n\n\n Postprocessing und Visualisierung<\/strong>: CFD-Software erm\u00f6glicht die Analyse und Visualisierung der Simulationsergebnisse. Dies umfasst die Erstellung von Diagrammen, Plots, Animationen und Farbdarstellungen von Str\u00f6mungsparametern.<\/p>\n\n\n\n Validierung und Vergleich mit experimentellen Daten<\/strong>: Einige CFD-Software erm\u00f6glicht den Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten, um die Genauigkeit der verwendeten Modelle zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/p>\n\n\n\n Vielf\u00e4ltige Anwendungsbereiche<\/strong>: CFD-Software wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau, Energieerzeugung, Umweltwissenschaften, Medizin und mehr.<\/p>\n\n\n\n Komplexe Str\u00f6mungsph\u00e4nomene<\/strong>: CFD-Software kann turbulente Str\u00f6mungen, W\u00e4rme\u00fcbertragung, chemische Reaktionen, Mehrphasenstr\u00f6mungen und andere komplexe Ph\u00e4nomene simulieren.<\/p>\n\n\n\n SOLIDWORKS Flow Simulation<\/a> ist eine intuitiv zu handhabende L\u00f6sung f\u00fcr numerische Str\u00f6mungsmechanik (CFD), die in SOLIDWORKS 3D-CAD<\/a> 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![\"Str\u00f6mungssimulation-1\"](\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/cfd-stroemungssimulation-1.webp\")
<\/figure>\n\n\n\nWas ist CFD-Software?<\/h2>\n\n\n\n
CFD-Software von Bechtle PLM<\/h2>\n\n\n\n
SOLIDWORKS Flow Simulation<\/h3>\n\n\n\n
![\"SOLIDWORKS-Flow-Simulation\"](\"https:\/\/www.bechtle-plm.com\/wp-content\/uploads\/sites\/4\/SOLIDWORKS-Flow-Simulation-3.webp\")
<\/figure>\n\n\n\n3DEXPERIENCE Works Computational Fluid Dynamics<\/h3>\n\n\n\n