Seit über 10 Jahren kombinieren wir Projektarbeit und unsere Software InsightCAE zur Automatisierung von Simulationen. Besonders in diesen Bereichen:
Thermische Simulationen
Eine Reduzierung des Energieverbrauchs für die Klimatisierung ist durch effiziente und gesteuerte Belüftung möglich. Mit der gekoppelten Simulation (Wärmestrahlung, -leitung, Konvektion) werden die Temperaturen durch Sonneneinstrahlung im Fahrzeug und deren Oberflächen berechnet. Optimierte Software (InsightCAE) zur Lösung der transienten Wärmestrahlung mittels CFD unter Berücksichtigung der Wärmekapazitäten ermöglichen schnelle und effiziente Simulationen beim Auftraggeber.
Die Analyse der Strömung mit Wärmeübergang in verschiedenen Betriebspunkten technischer Bauteile ist der wichtigste Schritt zur Auslegung und Optimierung. Wir beherrschen die dazu notwendigen Simulationswerkzeuge. Verbesserter Ein- und Ausstrom und bessere Strömungsführung bei minimalen Druckverlusten senkt die Bauteil- und Betriebskosten. Aussagen über lokale thermische Spannungen aus den 3D-Simulationen können abgeleitet werden.
Mit 3D-Simulationen erfolgt eine thermische Analyse zur Kühlung verschiedener Bauteile (Elektronik, Leuchtmittel). Mit der Quantifizierung von Wärmestrahlung und Wärmeleitung sowie freier und erzwungener Konvektion bei verschiedenen Kühlkonzepten wird die Funktionalität bereits im Entwicklungsprozess gewährleistet. Mehr Informationen finden Sie in unserem Blog
Im Störfall austretende Gase (leicht, schwer) werden unter Berücksichtung der nahen und entfernten Umgebung mittels CFD erfasst. Stationäre und transiente Konzentrationsfelder zeigen die kritische Ausbreitung und deren Einfluss bei verschiedenen Windrichtungen. Verwendung von eigens entwickelten transienten Einstromrandbedingungen in atmosphärischen Grenzschichten ermöglichen eine hohe Zuverlässigkeit der Simulationsergebnisse.
Stationäre und transiente 3D Simulation der Wärmeausbreitung in komplexen Bauteilen verschiedener Materialien. Kühlung und Erwärmung von Bauteilen zur Bestimmung kritischer Wärmeströme, erforderliche Kühllasten oder z.B. Vermeidung von thermischen Spannungen. Optimierung der Bauteilgeometrien durch automatisierte Geometrieerstellung und Simulationsabläufe.
Gekoppelte Simulation der Wärmeausbreitung zwischen Festkörper und Fluid (CHT – Conjugate Heat Transfer). Optimierung der Heiz- und Kühlleistung mittels numerischer Simulation durch Variation von Strömungsgeschwindigkeit, Fluiden und Festkörpern (Material/Form).
Simulation der induktiven Heizung zur Erwärmung technischer Bauteile mit verschiedenen Materialien (2D/3D) inkl. der Umgebung. Stationäre / Transiente Wärmeausbreitung mit der Kopplung von Elmer und OpenFOAM in unserer Software InsightCAE.
Simulation Temperaturverteilung und Klimatisierung von Räumen und Hallen. Sichtbarmachung von Wärmebrücken, Überhitzung unter Einfluss von Windrichtung und Sonneneinstrahlung sowie Sicherung der Raum- und Hallenentlüftung durch gezielte Optimierung der Belüftung mittels numerischer Simulation.
Bestimmung der Aufwärmung mittels Solarkollektoren bei verschiedenen Sonneneinstrahlungen, Außentemperaturen und Windgeschwindigkeiten. Auslegung der Kollektoren mit Bestimmung der Volumenströme und Druckverluste.
Für die Ausbreitung kompressibler Strömungen mit Verdichtungsstößen in technischen Bauteilen. Einfluss der Kompression oder Expansion, Verwendung von Spezialgasen und deren Zustandsgleichungen sowie der Einfluss von externe Kühlung und Heizung auf die Wärmeausbreitung können stationär und transient simuliert werden.
Einleitung von Kühlwasser einer Wärmepumpe in die Gewässerumgebung im Winter und Sommer. Thermische Simulation der Aufheizung vom Gewässer und dem Gewässerboden. Auslegung der Einstromgeometrie und Bestimmung der maximalen Volumenströme zur optimalen Vermischung.
Aufbereitung und Case Setup für die thermische Simulation mit Opensource Software wie z.B. OpenFoam, Elmer, etc. Unsere Software InsightCAE ermöglicht schnelles und automatisiertes Pre- und PostProcessing für eine robuste Simulation der Wärmeausbreitung. Installation der Software InsightCAE inkl. OpenFOAM auf Windows- und Linuxrechnern, Implementierung von Softwareaddons, Bereitstellung von Rechenressourcen (HPC) sowie Support sichern schnelle und vertrauensvolle Simulationsergebnisse.
Schiffshydrodynamik
Mit unserem InsightCAE Framework bieten wir eine vollautomatisierte Schiffswiderstandsberechnung mit ausschließlich Open-Source-CFD-Software an. Es entfallen nicht nur die Kosten für Softwarelizenzen, sondern auch Anwender mit wenig Spezialwissen können dank der Automatisierung die recht komplizierten CFD-Analysen durchführen.
Die Simulation von Hochgeschwindigkeits-Gleitschiffen ist mit VOF-Methoden eine Herausforderung. Das liegt daran, dass mehrere numerische Probleme bei hohen Geschwindigkeiten auftreten. Wir haben dafür Lösungen implementiert und sind in der Lage, in kurzer Zeit zuverlässige Ergebnisse bei niedrigen Kosten zu liefern.
Die Analyse der Seegangsberechnung wird in der Regel mit Hilfe von Potentialcodes durchgeführt. Es beinhaltet die Berechnung von Response Amplitude Operatoren (RAOs) für alle Freiheitsgrade. Aus diesen RAOs werden Beschleunigungen, Geschwindigkeiten, Bewegungskrankheiten und weitere Kennwerte an verschiedenen Orten berechnet.
Die Simulationen werden mit den Open-Source-Tools PDstrip oder NEMOH durchgeführt. Die erforderliche Eingabe ist kompatibel mit der Eingabe für die Schiffswiderstandsanalyse.
Virtueller Schleppkanal – wir führen Simulationen mit unseren Programmen auch in Ihrem Auftrag aus. Bitte schauen Sie in unsere Preisliste, um die Kosten dafür zu erfahren.
Turbomaschinen und Propeller
Wir führen grundlegende Leistungsanalysen und Konstruktionen von Turbomaschinen mit modernsten CFD-Methoden durch. Der gesamte Analyse-Workflow ist im InsightCAE-Framework vollständig automatisiert und verwendet ausschließlich Open-Source-Software. Dies ermöglicht sehr kostengünstige Simulationen, kurze Durchlaufzeiten und eine einfache Integration in automatische Optimierungs-Frameworks.
Die Kavitation ist ein limitierendes Phänomen für Turbomaschinen, welche in Flüssigkeiten betrieben werden. Für die Vorhersage des Kavitationsbeginns und seiner Auswirkungen auf die Maschinenleistung ist die wird die CFD-Simulation als zuverlässigstes Verfahren eingesetzt.
Nach der Bestimmung einer Propeller-Freifahrtkurve mit CFD oder einem anderen Berechnungsverfahren ist eine weitere Analyse, z.B. eine Antriebsanalyse, erforderlich, um die Antriebsleistung für ein bestimmtes Schiff vorherzusagen. Wir haben Analysesoftwarelösungen für eine nahtlose Integration in den Designprozess entwickelt, die sich ausschließlich auf Open-Source-Software stützen.
Propeller mit Flügeln aus Faserverbundwerkstoffen (z.B. CFK oder GFK) sind flexibel. Bei der Auslegung muss die Verformung der Flügel unter Betriebslast berücksichtigt werden. Wir haben eine Softwarelösung entwickelt, um die notwendigen CFD-Simulationen mit Fluid-Struktur-Kopplung unter Verwendung von OpenFOAM und Code_Aster durchzuführen.
Festigkeitsanalyse
Wir haben mehr als 10 Jahre Erfahrung im Umgang mit dem Finite-Elemente-(FEM)-Code Code Code_Aster für z.B. statische und transiente Analysen mit Volumen, Trägern oder Schalen, Kontaktprobleme, Schraubverbindungen, Eigenfrequenzanalysen.
Ähnlich wie bei Schraubverbindungen können auch bei FEM-Modellen Klebverbindungen berücksichtigt werden. Wir haben eine Modellierungstechnik gewählt, die auch eine hinreichend detaillierte Bewertung der Spannungen innerhalb der Klebeschicht ermöglicht.
Propellerblätter aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen sind massive Verbundstrukturen mit großer Dicke. Wir haben Lösungen für die effiziente Vernetzung und Erstellung von FEM-Modellen entwickelt, die für die Fluid-Struktur-Kopplung dieser Propeller benötigt werden sowie angepasste Formulierungen zur Festigkeitsbewertung und Versagenskriterien.
Hydrologie
Nutzung eines Hafenbeckens für den Kühl und Heizbetrieb von Bürogebäuden.
- Thermische Simulation zur Bestimmung vom Temperatureinfluss
- Auslegung der Zu -und Ableitungen an der Kai zur Vermeidung von Kurzschlüssen
- Variation der Anzahl von Zu- und Ableitungen zur Vermeidung großer Strömungsgeschwindigkeiten
- Dimensionierung der Ansaugkästen zur Vermeidung von Fischeinzug
- Biologische Verträglichkeit
Thermische Strömungssimulation für die räumliche Energieplanung
- Seegewässer bieten einen riesigen Energiespeicher der effizient ökologisch und ökonomisch nutzbar ist
- Strömungssimulationen erstellen eine Grundlage zur Planung um Rahmenbedingungen und Anforderungen für eine nachhaltige thermische Nutzung
- Verdeutlichung der zu erwartenden thermischen und strömungsmechanischen Zustände im Gewässer für Behörden / Planer / Energieversorger
- Digitalisierung der Tiefenkarten in ein 3D Modell
- Simulation zeigt die Temperaturschichtung mit Zu- und Rückführung für den Heiz- und Kühlbetrieb
- Zeitliche Auflösung der Temperaturschwankungen im Gewässer
- Bestimmung der Einflussgebiete bei Variation von Zu- und Rücklaufgeometrie
Open Source Software InsightCAE
Idee
Um Open-Source-Software produktiv und effizient für die täglichen Aufgaben zu verwenden, wird das Automatisierungs-Framework InsightCAE von silentdynamics zur Verfügung gestellt.
InsightCAE dient als Rahmen für die automatisierte Durchführung von Analyseverfahren. Ziel ist es, Schnittstellen zu allen Tools und Simulationsprogrammen zur Verfügung zu stellen, die für eine bestimmte Berechnungsaufgabe benötigt werden.
- Kundenspezifische CFD/FEM Workflow’s
- keine Lizenzkosten, besonders vorteilhaft bei mehreren Nutzern und parallelen HPC-Anwendungen
- Für Linux- und Windows-Systeme
- HPC / Cloud Unterstützung
Unser zusätzlicher Service:
- Einführung in der Benutzung der Software durch Organisation von Trainings
- Bereitstellung von Support und Ansprechpersonen zur Behebung von Problemen
- Implementierung von Erweiterungen und Automatisierungslösungen
Einzelne Open-Source-Projekte können oft nur Teilaufgaben in Analyseprozess erfüllen. Für komplexe Berechnungsaufgaben ist oft eine Kombination aus mehreren Open-Source-CAE-Tools erforderlich.
- Workflows numerischer Simulationen sind oft komplex und werden manuell bearbeitet:
InsightCAE stellt Werkzeuge bereit, um diese Workflows zu automatisieren:
- Für wiederkehrende Aufgaben wird die „Best-Practice“-Vorgehensweise implementiert. Der Benutzer braucht nur wenige notwendige Parametern bereitstellen. Eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) ermöglicht die Eingabe der Parameter und enthält die Dokumentation.
Software
Wir verwenden hauptsächlich diese Software:
OpenFOAM ist das umfassendste freie Computational-Fluid-Dynamics-Programm, das derzeit verfügbar ist.
Es verfügt über alle Funktionen, die für eine erfolgreiche Anwendung von CFD notwendig sind. Hinzu kommt, dass der Quellcode vollständig offen ist, und es ist völlig kostenlos. In Verbindung mit der guten parallelen Skalierbarkeit wird großes Potenzial für die Erhöhung von Produktivität und Entwurfssicherheit bei gleichzeitiger Kostenreduzierung eröffnet.
Der Schwerpunkt von OpenFOAM liegt auf Computational Fluid Dynamics. Aber durch die offene und modulare Architektur ist die Software auch ideal für die Lösung anderer Aufgaben, wie die Berechnung von elektrischen und magnetischen Feldern. Insbesondere wegen der grenzenlose Anpassungsmöglichkeiten von Open-Source-Software können sehr individuelle Lösungen hervorragend entwickelt werden.
Code_Aster ist das Finite-Elemente-Programm von Electricite de France (EDF). Seit 2001 ist es freie Software und steht unter der GPL-Lizenz zur Verfügung.
Im Vergleich mit anderen freien FEM-Codes sticht Code_Aster durch seine umfangreiche Funktionalität heraus. Zusätzlich zum numerischen Löser, der sowohl seriell als und parallelisiert arbeitet, gibt es die Pre- und Postprocessing-Workbench „Salome“ für die Bearbeitung und Vernetzung der Modelle und zur Visualisierung der Ergebnisse.
Da Code_Aster für die Berechnung von Kernreaktoren entwickelt und verwendet wird, unterliegt der Code einer umfassenden Qualitätskontrolle.
Die spezielle Software-Architektur von Code_Aster ermöglicht eine weitgehende Automatisierung aller Berechnungsprozesse.
Mehr Details können Sie dieser Präsentation entnehmen: 
Dokumentation
Die Dokumentation ist hier: Handbuch zu InsightCAE.
Die Quellen des LaTeX-Dokuments sind auf der Plattform Github zu finden: Handbuch zu InsightCAE (PDF).
Installation
Die Installation ist im Handbuch zu InsightCAE im Abschnitt „Obtaining InsightCAE“ beschrieben.
Unsere Dienstleistungen
Wir implementieren automatisierte Berechnungsabläufe entsprechend Ihren Wünschen und Spezifikationen. Diese können wir als Zusatzmodule zu InsightCAE leicht bereitstellen und warten,
Dadurch
- beschleunigen Sie Ihre tägliche Arbeit,
- werden Fehler durch falsche Bedienung vermieden,
- können komplizierte Aufgaben auch durch unerfahrene Kollegen erledigt werden
Einige Beispiele für Workflows, die wir für unsere Kunden entwickelt haben:
Schiffswiderstandsberechnung mittels CFD
Automatisierte CFD-Simulation für diese Anwendungen:
- einphasig, niedrige Froude-Zahl (simpleFoam)
- einphasig mit angenäherter freier Oberfläche (potentialFreeSurfaceFoam)
- zweiphasig (interFoam oder LTSInterFoam)
- zweiphasig mit Trimm und Sinken (interDyMFoam)
Schiffspropeller und Propulsion
CFD (OpenFOAM) von einzelnen Betriebspunkten und Freifahrtkurven
- freier Propeller
- Düsenpropeller
- Axialpumpe
- optimaler Durchmesser, optimale Drehzahl, Propulsionsprognose, …
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