Produktinnovation mittels computergestützter, numerischer Berechnung (CFD)

Die numerische Strömungsfeldberechnung hat in Verbindung mit der allgemein verfügbaren Rechentechnik einen hohen Stand erreicht. Die Leistungsfähigkeit der genutzten kommerziellen CFD-Programmsysteme, wie ANSYS - CFX und ANSYS - FLUENT, umfaßt allgemein die Strömungsformen:

• laminar - turbulent
• inkompressibel -kompressibel
• unterkritisch - überkritisch
• stationär - instationär
• Einphasen - Mehrphasen.
  

Ein Schwerpunkt der numerischen Strömungsfeldberechnung ist die Durchströmung von Rohrleitungsarmaturen und Apparaten. Dies betrifft u.a. die Simulation der Strömungsverhältnisse in der Konstruktionsphase (Rohrleitungsarmaturen, Brenner, Zyklone, Ausflußapparate), die Optimierung der Öffnungskennlinie von Sicherheitsventilen (Bild 1) und die Kennlinienermittlung von Armaturen (Bild 2) mit experimentell schwer zugänglichen Strömungsparametern (Druckstufe, Nennweite).

Bei Kreiselpumpen erfolgt die Berechnung von nur einem Schaufelkanal bis hin zur kompletten Kreiselpumpe mit Berücksichtigung der Radseitenraumströmung. Die Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen ist sehr gut (Bild 3). Die Treffsicherheit und der Informationsgehalt der Berechnungen nimmt mit steigender Komplexität der Simulation zu. Sehr gute Voraussetzungen für die numerische Berechnung von Turbomaschinen bietet das CFD - Programmsystem ANSYS - CFX.

Das Gebiet der Mehrphasenströmungen ist aufgrund der Komplexität der Wechselwirkungen zwischen den Phasen und dem damit wesentlich anderen Fließverhalten gegenüber der Einphasenströmung numerisch noch nicht umfassend erschlossen. Trotzdem läßt sich mit den derzeit verfügbaren Berechnungsansätzen eine tiefere Analyse der Strömungsverhältnisse von Zweiphasenströmungen erzielen. Dies insbesondere auch als Ergänzung bzw. Erklärung von experimentell ermittelten Effekten. Z.B. wurden Gasansammlungen und daraus resultierende Kennlinienbeeinflussungen von Kreiselpumpen durch die numerische Berechnung, hier mittels PHOENICS, qualitativ gut erfaßt (Bild 4).

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