Komplexe und adaptive Geometrien

Komplexe CFD Meshes (diskretisierte, volumetrische Berechnungsgitter) treten in einer Reihe von Größenordnungen auf, vom Kühlsystem eines Desktop PC über den Innenraum eines Sportwagens bis in zu architektonisch modernen Bauwerken und ganzen Landschaften. Diese komplexen Formen bringen oft spezielle Herausforderungen in Bezug auf ihre Meshes für die CFD Simulation mit. Einerseits soll die Zellzahl nicht so groß werden, dass die benötigte Rechenzeit einer Simulation ins Unendliche steigt, andererseits - abhängig auch vom verwendeten Lösungsmodell - muss die Auflösung groß genug sein, um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu liefern.

Diese konkurrierenden Anforderungen werden meist mit sogenannenten Mesh-Refinement Techniken erfüllt, wobei bestimmte Teile einer Geometrie detaillierter aufgelöst werden. In den meisten Fällen betrifft das die Zellen, die an Wände grenzen, manchmal aber auch rein volumetrische Zellen, wie beispielsweise bei der Simulation von Windfarmen. Durch die Anforderungen des jeweiligen Berechnungsmodelles wird die Situation zusätzlich verkompliziert: bestimmte Lösungsmodelle reagieren beispielsweise sensibel auf die Größe der verwendeten Zellen (z.b. bestimmte Euler-Modelle), andere wiederum reagieren sensibel auf Mesh-Verfeinerungen (z.B. LES Solver). Noch komplizierter wird es, wenn mehrere, verschiedene Lagen von Meshes nebeneinander generiert werden müssen - z.B. bei der Simulation des Wärmeübergangen von strömenden Medien in denen auch die Wärmeleitung im Wärmetauschermaterial voll aufgelöst simuliert werden soll.

Wir haben Erfahrung in all diesen Bereichen und achten darauf, dass wir in allen kritischen Bereichen unserer Meshes die richtigen Zellgrößen generieren ohne die notwendigen Rechenzeiten über Gebühr zu steigern. Wir können auch mit sehr fortgeschrittenen Refinement-Techniken arbeiten, beispielsweise wenn wir für Windfarm-Simulationen große Gebiete (mehrere Quadratkilometer) mit einem intransienten (zeitunbhängigen) Solver simulieren um die durchschnittlichen Strömungsverhältnisse zu berechnen und dann das Ergebnis dieser Simulation direkt als Ausgangsbasis für eine detailliertere transiente (zeitabhängige) Simulation verwenden (z.B. eine LES Simulation). Untenstehend finden sich einige Beispiele.

Hexaedrisches Mesh über komplexem Terrain

Hier ein Beispiel eines hexaedirschen Mesh über einem komplexen, gebirgigen Terrain für eine LES (Large Eddy Simulation) eines Windrades. Detailliertere Information findet sich auf unserer Seite über hexaedrische und strukturierte Meshes.
Here is an example of a hexahedral mesh over a complex terrain for the LES (Large Eddy Simulation) of a wind turbine. More details can be found on our page about hexahedral and structured meshes.


 

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Stadtgebiet mit Gebäuden, inklusive runder Wände und Gebäudeöffnungen

Das Mesh Refinement des Terrains, der Wände und des Strömungseinlasses im Video unten zeigen die fein(ere) Auflösung in der Nähe von Oberflächen und in Bereichen in denen hohe Geschwindigkeitsgradienten auftreten. Das erlaubt einerseits die Auflösung von gebogenen Wänden, Gebäudeöffnungen und architektonischen Details und hält gleichzeitig die Anzahl der Zellen in einer gut handhabbaren Größenordnung von ca. 14 Mio Zellen über ein relativ großes Areal von ~1 Mio m². Es gibt auch ein Video von einer Windsimulation die auf Basis des hier gezeigten Meshes berechnet wurde.


 

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Auto-Innenraum, Lüftung inklusive Fahrer und Feuchtetransport