Strömungssimulation: Das gesamte Anwendungsspektrum wird abgedeckt

Mit ANSYS CFX und ANSYS FLUENT stehen innerhalb der ANSYS Workbench technische führende Softwarepakete für die Strömungssimulation zur Verfügung, die das gesamte Anwendungsspektrum der Strömungssimulation abdecken. Die in ANSYS CFD eingesetzten numerischen Lösungsverfahren zeichnen sich durch große Robustheit und effiziente Parallelisierung aus. Die gekoppelte Lösung von Druck- und Geschwindigkeiten zusammen mit dem algebraischen Multigrid Solver weist hervorragende Konvergenzeigenschaften auf, wobei der Rechenaufwand nur linear mit der Modellgröße wächst.

Strömungssimulation mit ANSYS FLUENT, ANSYS CFX und ANSYS CFD

Die meisten technischen Strömungen sind turbulente Strömungen, wobei in der Simulation die Turbulenz durch so genannte Turbulenzmodelle approximiert werden muss. Die Qualität der Turbulenzmodelle hat dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Genauigkeit der Berechnung. Neben den Standardmodellen wie das k-e- oder RNG-k-e-Turbulenzmodell steht bei ANSYS CFD das so genannte SST-Modell (Shear Stress Transport) zur Verfügung. Dieses Modell stellt den derzeit besten Kompromiss zwischen Rechengenauigkeit und Rechenaufwand dar. Zunehmend werden auch so genannte turbulenzauflösende Verfahren eingesetzt, zum Beispiel die Large Eddy Simulation. Auch hier hat ANSYS mit des SAS (Scale Adaptive Simulation) ein besonders effizientes Verfahren entwickelt.

Die Anwendungen von ANSYS CFD in der Fluidtechnik reichen von der Berechnung von einfachen Ventilen bis hin zu der Simulation der komplexen Vorgänge in Axialkolbenverdichtern. Ziel der Berechnungen sind meist der Druckverlust, der Massenstrom, die Strömungskräfte und im Falle eines Verdichters auch der Wirkungsgrad. Zur Berücksichtigung von Kavitationserscheinungen stehende entsprechende Kavitationsmodelle zur Verfügung.

Kopplung zwischen Wärmeübertragung an die Strukturmechanik

Im Bereich der Wärmeübertragung lassen sich unter anderem Berechnungen von großen industriellen Wärmetauschern aber auch die Simulation der Kühlung kleiner elektronischer Bauteile realisieren. Die Wärmeleitung im Festkörper kann ebenso wie der Energietransfer durch Strahlung mit ANSYS Simulationen berücksichtigt werden. Von besonderem Interesse ist häufig auch die Ankopplung der Wärmeübertragungsberechnung an die Strukturmechanik zur Bestimmung der thermisch bedingten Verformungen und Spannungen in einem Bauteil, die in der ANSYS Workbench sehr leicht zu realisieren ist.

Rotierende Maschinen, wie Ventilatoren, Pumpen, Turbinen oder auch Wandlern stellen eines der wichtigsten ANSYS CFD Anwendungen dar, wobei Verfahren zur stationären und transienten Berechnung solcher Maschinen verwendbar sind. Die Strömungen können ein- und mehrphasig sein und gleichzeitig kann die Wärmeübertragung im Festkörper berücksichtigt werden. Ziel solcher Simulationen ist meist die Berechnung des Wirkungsgrades, der Förderhöhe und ganz generell die strömungsmechanische Optimierung der Laufschaufeln, des Gehäuses und der Statoren.

Uni- und bi-direktionale Fluid-Struktur-Kopplung mit ANSYS Simulationen realisierbar

Außerdem bietet ANSYS effiziente Lösungsverfahren sowohl für die uni- als auch die bi-direktionale Fluid-Struktur-Kopplung an, mit automatischer Steuerung des Kopplungsalgorithmus und der Lastinterpolation, auch über unterschiedlich vernetzte Strukturen. Bei der einseitigen Fluid-Struktur-Kopplung werden meist Drücke und Temperaturen mittels einer Strömungsberechnung ermittelt, die dann einmalig als Belastung an die Strukturmechanik übergeben werden. Eine typische ANSYS-Anwendung ist die Simulation von Abgasanlagen oder Rohrleitungssegmenten.