CFD-Simulation
Die Berechnung und Darstellung von Strömungen innerhalb von Räumen oder beliebig geformten Gegenständen unter Berücksichtigung aller relevanten physikalischen Einflussfaktoren
CFD-Simulation: Substantivierte technisch funktionale Bezeichnung, feminin [die]
CFD steht für Computational Fluid Dynamics – deutsch = Strömungssimulation.
Die CFD-Simulation ermöglicht mit großer Genauigkeit die Berechnung und Darstellung von Strömungen innerhalb beliebiger Geometrien, z.B. Aufenthalts- und Produktionsräumen, einschließlich aller physikalischen Kenngrößen (z.B. Geschwindigkeiten, Temperaturen, Drücke, sowie bei Bedarf Stoffkonzentrationen, Partikelflugbahnen, Behaglichkeitskennwerte). Dabei können sowohl stationäre (zeitlich konstante) als auch instationäre (zeitlich veränderliche) Vorgänge betrachtet werden.
Wofür wird CFD-Simulation eingesetzt?
Die CFD-Simulation ist ein häufig verwendetes, äußerst hilfreiches Werkzeug bei der Untersuchung und Optimierung praktisch aller Arten von Strömungsvorgängen. Im Bereich der Lufttechnik kann die CFD-Simulation die Entwicklung und Optimierung lufttechnischer Komponenten und Konzepte nachhaltig unterstützen.
Die Vielfältigen Möglichkeiten einer CFD-Simulation interaktiv erklärt:
Die Luftführung in Räumen oder innerhalb von Produktionsanlagen kann visualisiert werden
Die Wirkung von Einrichtungen zur Absaugung von Gefahrstoffen (Stofferfassung) wird sichtbar und damit leicht nachvollziehbar
CFD-Simulation kann auch zur Analyse und Optimierung von Kanalnetzen eingesetzt werden
Im Modell können Konzepte zur Freien Lüftung virtuell geplant und für die Realisierung optimiert werden
CFD-Simulation kann auch die Rauchausbreitung im Brandfall oder den Einfluss eines Brandes auf die Gebäudestruktur berechnen und darstellen
Auch die Gebäudeumströmung, die mitunter einen erheblichen Einfluss auf die Strömungsvorgänge innerhalb eines Gebäudes hat, kann mittels der CFD-Simulation sehr detailliert betrachtet und analysiert werden
Datentechnisch flexibel – weitere Möglichkeiten, die eine CFD-Simulation bietet
Neben den gezeigten Möglichkeiten kann eine CFD-Simulation auch bei den folgenden Themen eine wirkungsvolle Unterstützung bieten, sowohl für den Bestand als auch für geplante oder fiktive (modellhafte) Anlagen oder Räumlichkeiten:
- Visualisiert die Ausbreitung von Bakterien und Viren in Räumen
- Zeigt die Ausbreitung von Schadstoffen in Räumen, in Gebäuden oder im Freien
- Ermöglicht die Analyse der thermischen Situation innerhalb eines Gebäudes
- Erleichtert die Untersuchung der Strömungssituation in Räumen oder Gebäuden (z.B. Zuglufterscheinungen)
- Veranschaulicht die Behaglichkeitssituation in Räumen u.v.a.m.
Wie geht CFD-Simulation?
Eine CFD-Simulation wird in vier aufeinander aufbauenden Schritten erarbeitet und erstellt.
Schritt 1
Schritt 1
Es wird ein Simulationsmodell von genau dem Strömungsbereich erstellt, den man detailliert untersuchen möchte. Als Basis können 3D-CAD-Daten des Objekts direkt übernommen und verarbeitet werden.
Schritt 2
Schritt 2
Danach folgt die Unterteilung des Modells in die kleinsten Berechnungseinheiten, die sogenannten Zellen. Diesen Schritt bezeichnet man auch als „Vernetzung“. Aus der Größe und dem benötigten Detailgrad ergibt sich die Komplexität des Simulationsmodells. Die Anzahl der Zellen kann dabei von wenigen Tausend bis zu mehreren Zig-Millionen reichen.
Schritt 3
Schritt 3
Das gesamte Modell wird parametriert; daran schließt sich die eigentliche Berechnung an.
Schritt 4
Schritt 4
Im vierten und letzten Schritt erfolgen die Auswertung sowie die anschauliche Darstellung/Visualisierung der berechneten Ergebnisse.
Vorteile der CFD-Simulation
Kosten schon im Vorfeld minimieren
Mit einer CFD-Simulation können kostenintensive Messungen schon bei der Planung von Anlagen im Vorfeld sinnvoll ergänzt, auf ein Mindestmaß reduziert oder teilweise sogar vollständig ersetzt werden
Volle Kontrolle über alle Randbedingungen
In einer Simulation lassen sich alle Randbedingungen, insbesondere die Witterungsrandbedingungen, vollständig kontrollieren. Dadurch lassen sich unterschiedliche Lösungsansätze im Modell unter exakt definierbaren Randbedingungen reproduzierbar miteinander vergleichen.
Vorhandene Lösungsansätze überprüfen
Dank einer CFD-Simulation können vorhandene Aufgabenstellungen im IST-Zustand und zugehörige Lösungsansätze detailliert abgebildet, überprüft und optimiert werden.
Fehlinvestitionen vermeiden
Durch eine fachlich begleitete CFD-Simulation können geplante Anlagen schon vor der Realisierung hinsichtlich Ihrer Funktionen und Wirkungsweisen überprüft werden. Fehlinvestitionen können so vermieden und neue Anlagen optimal an den tatsächlichen Bedarf angepasst werden.
Energieeinsparung durch strömungstechnische Optimierung
Mit einer CFD-Simulation können Komponenten strömungstechnisch optimiert werden. Dies führt in vielen Fällen zu einer relevanten Energieeinsparung.
Grenzen der CFD-Simulation
Optimierung durch Erfahrung
Die CFD-Simulation kann IST-Stände aufzeigen und liefert schon in der Planungsphase von lüftungstechnischen Komponenten und Anlagen wichtige Erkenntnisse. Selbsttätig kann dieses Tool jedoch keine Optimierungsmaßnahmen vorschlagen. Dafür bedarf es einer fachlichen Beratung und einer langjährigen Erfahrung, um die Ergebnisse in praktikable Lösungen zu überführen.
Realität vs. Simulation
Obwohl die Software zur CFD-Simulation im Verlauf der letzten 20 Jahre sehr große Fortschritte gemacht hat, gibt es immer noch einige hochkomplexe Vorgänge (z.B. Produktions- und Bearbeitungsprozesse), die in einem Simulationsmodell nicht direkt abgebildet werden können. Mit fundierten, plausiblen Annahmen lassen sich dennoch sehr gute Lösungskonzepte erarbeiten.
Grenzen der Komplexität
Eine CFD-Simulation basiert auf einem intensiven Berechnungsprozess. Je komplexer die Anforderungen, umso länger die Rechenzeiten. Durch laufend verbesserte Hard- und Software erweitern sich diese Grenzen jedoch ständig.
Das bieten wir Ihnen
Mit einer CFD-Simulation können Sie bereits vor dem (Um-)Bau von Gebäuden, Anlagen oder Komponenten die Auswirkung von Veränderungen (z.B. unterschiedliche Konzepte) sowie den Einfluss von veränderten Randbedingungen (z.B. veränderte Klimata) überprüfen und sowohl die Funktionalität als auch die Energieeffizienz optimieren (Virtual Prototyping).
Ihre Investitionen werden dadurch ökonomisch und ökologisch optimiert und damit nachhaltig abgesichert.
Wir bieten Ihnen eine umfangreiche Fachkompetenz. Wir sind über 25 Jahre im Bereich der Prozesslüftung sowie im Bereich der allgemeinen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik tätig und setzen seit über 15 Jahren in größerem Umfang das Werkzeug CFD-Simulation ein.