Fluss-Simulationen

Von der Aerodynamik eines Sportwagens bis zur Belüftung eines Rechenzentrums spielt die Strömungssimulation während der Design-/Entwicklungsphase eine entscheidende Rolle. Es gibt viele Flüssigkeiten, die in den Betrieb verschiedener Systeme wie Luft, Wasser, Öl involviert sind, und dementsprechend gibt es verschiedene Arten von Strömungssimulationen, die in der Produktentwicklung eingesetzt werden können. Um zuverlässige Ergebnisse von Strömungssimulationen zu erhalten, müssen die Ingenieure über ein gründliches Verständnis der Fluiddynamik verfügen und geeignete Turbulenzmodelle implementieren. Mit langjähriger Erfahrung in der Strömungssimulation hat ESPL ein breites Fachwissen entwickelt, um effiziente Produkte mit Fluidsystemen zu liefern.

Die Vorhersage der Turbulenzströmung ist eine der komplexesten Analysen. Die Nutzung des maschinellen Lernens im SGS (Sub-Grid-Skala) für die Large-Eddy-Simulation in Kombination mit einem bestehenden CFD-Tool zur Verbesserung der SGS-Berechnungen verspricht neue Perspektiven in diesem Bereich.

Wärmeübertragung

Die Wärmeübertragung ist einer der häufigsten Bestandteile von multiphysikalischen Systemen, seien es Motoren-, Batterie- oder Solarsysteme. Die Leistung von Batterien und Leistungselektronikkomponenten hängt stark von den thermischen Bedingungen ab. Die Produktentwickler müssen thermische Aspekte wie Kühlung und Wärmeableitung berücksichtigen, um effiziente Produkte zu entwickeln. Meistens werden thermische Simulationen mit Strömungssimulationen (Conjugate Heat Transfer, CHT) gekoppelt, und die Ergebnisse der thermischen Simulationen werden auf den Struktursimulationsmodellen abgebildet, um thermo-mechanische Systeme zu simulieren.

An der ESPL haben wir an komplexen Wärmeübertragungssimulationen gearbeitet. Eines der Fallbeispiele ist die thermische Simulation von Batteriepaketen. Die größte Herausforderung waren extrem enge Kühlkanäle im Batteriepack, die massive Rechenmodelle (100+ Millionen Zellen) erforderten, und aufgrund der Verfügbarkeit von Multi-Core-HPC-Clustern an unserem Aufbau konnten wir nicht nur das Batteriepack simulieren, sondern eine optimierte Variante aus der Simulation heraus liefern.

Aero-Akustik

CFD kann zur Vorhersage und Optimierung von Lärmpegeln aufgrund von Flüssigkeitsströmungen eingesetzt werden. Die Identifizierung von Schallquellen und die Ausbreitung von Schallwellen sind zwei Hauptaktivitäten in der Aeroakustik. Für die Durchführung der Aeroakustik gibt es spezielle mathematische Modelle.

Bei EV ohne Motorlärm wird der Lärm von HVAC-Systemen für die Konstrukteure von besonderem Interesse sein, und EV HVAC-Systeme müssen für die Aeroakustik hochgradig optimiert werden.

Fluid-Struktur-Wechselwirkung (FSI)

Änderungen in der Struktur wirken sich auf die Strömungsbedingungen aus und umgekehrt. FSI ist implementiert, um Strukturen und Fluide gleichzeitig zu simulieren. Die Anwendungen von FSI sind die Vorhersage der Luftgeschwindigkeit, bei der eine Windturbine zu rotieren beginnt, und das Schwappen von Flüssigkeiten während des Transports in einem Behälter. Die Vibrationen aufgrund von Fluidreaktionen auf die Struktur sind aus der Sicht der Haltbarkeit kritisch.

FSI wird in Brennstoffzellenfahrzeugen, in denen das Verhalten von Wasserstoff im Speichertank aus Sicht der Betriebssicherheit untersucht werden muss, von entscheidender Bedeutung sein.