WeissQuadrat Simulation CFX Strömungssimulation 01 

Strömungssimulation – natürliche Konvektion

Die natürliche Konvektion spielt vor allem bei Bauteilen eine Rolle, die an einer freien Umgebung platziert sind. Der durch einen Wärmestrom erzeugte Auftrieb lässt die erwärmte Luft aufsteigen und übt in der Folge eine Kühlwirkung auf den Körper aus. Eine bessere Kühlwirkung erreicht man durch erzwungene Konvektion. Also z.B. mit einem Lüfter. Noch besser sind Wasserkühlungen. Die Wärmeübergangskoeffizienten sind hier entsprechend der transportieren Wassermenge und Geschwindigkeiten höher als bei Luftkühlungen. Kühlsysteme mit Wasser lassen sich ebenfalls sehr elegant mit einer Strömungssimulation berechnen.
 

Klicken Sie auf die Thumbnails (unten) um weitere Bilder zur Simulation von Strömungsvorgängen zu sehen.

WeissQuadrat Simulation CFX Strömungssimulation 02 

Strömungssimulation – Wärmeübergangskoeffizient

Als Resultat einer Strömungssimulation erhält man nebst einem Strömungs- oder Temperaturfeld auch die Wärmeübergangs-koeffizienten. Diese lassen sich für einfache Geometrien auch mit Hilfe des Wärmeatlas ermitteln (Beispiel Rohrströmung). Komplexe Geometrien sind mit dieser Methode jedoch nur sehr schwer zu berechnen. Hier zeigt eine Strömungssimulation klare Vorteile - volumenbasierte Berechnung, Plausibilitätsprüfung mit Kennwerten, komfortable Auswertemöglichkeiten wie z.B. Vektorenplot, Konturplot oder Stromlinienplot.

WeissQuadrat Simulation Harley Motor 01 

Strömungssimulation – Harley Davidson Motor

Dieses Beispiel zeigt die thermische Simulation eines luftgekühlten V2 Harley Davidson Motors. Das Projekt umfasste die CAD Modellierung, die Erstellung des Strömungsmodells und die Messung des Temperaturfeldes mittels Wärmebildkamera. Zunächst wurde das Strömungsfeld bei einer Fahrtgeschwindigkeit von 100km/h berechnet. Der daraus resultierende Wärmeübergang diente dann zur Berechnung des Temperaturfeldes. Anschliessend wurde das Projekt beim "ANSYS User Meeting" in Zürich vorgestellt. Simulation macht auch Spass!

WeissQuadrat Simulation Harley Motor 02 

Strömungssimulation – Harley Davidson Motor

Trotz Recherchen im Internet war es nicht möglich ein CAD Modell des Motors zu erhalten. Die einzige Möglichkeit das Projekt zu starten lag darin, den Motor selbst auszumessen und zu modellieren. Dies erwies sich anfangs als recht schwierig. Mit geeigneten Messmitteln war es jedoch möglich die Abmasse aufzunehmen. So entstand ein ausreichend genaues CAD Modell, mit dem die Berechnung durchgeführt werden konnte.

WeissQuadrat Simulation Harley Motor 03 

Strömungssimulation – Harley Davidson Motor

Für die Vernetzung des Modells wurden knapp 1 Mio. Tetraederelemente verwendet. Dies war notwendig um eine ausreichend genaue Berechnung des Temperaturfeldes zu erhalten. Diese Abbildung zeigt einerseits die Temperaturverteilung aufgrund der Fahrtgeschwindigkeit von 100km/h als Konturplot auf der Oberfläche des Motors. Andererseits wird das Strömungsprofil in Form der Geschwindigkeit dargestellt.

WeissQuadrat Simulation Harley Motor 04 

Strömungssimulation – Harley Davidson Motor

Um die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse zu überprüfen, wurde das Temperaturfeld mit einer Wärmebildkamera während der Fahrt gemessen. Die Schwierigkeit lag jedoch darin, dass die Leitplanken auf der Autobahn aufgrund ihrer Erwärmung durch die Sonne zu viel Strahlungsenergie abgaben. Dadurch wurde das Messfeld negativ beeinflusst. Kurzer Hand beschlossen wir die Messung einfach im nächst gelegenen Tunnel durchzuführen. Hier hatte der Hintergrund eine konstante Temperatur. Das unten dargestellte Bild zeigt das Fahrzeug im Leerlauf nach Beendigung der Testfahrt.
Simulation - Strömung Thermisch Prev Next cw-Wert