Strukturierte / hexaedrische Gitter

Eine der Grundlagen von CFD-Simulationen ist die Diskretisierung (Aufteilung) der betrachteten Geometrie in viele, kleine finite Volumen-Zellen. Die Eigenschaften (Rechtwinkligkeit, Seitenverhältnisse etc.) des Gitters sind maßgeblich für die Qualität der Simulationsergebnisse. Strukturierte (direkt adressierbare) Gitter werden heutzutage eher selten verwendet. Für qualitativ hochwertige bzw. besonders komplexe Simulationen werden hexaedrische Gitter eingesetzt.

Um in der Praxis zeitnah Ergebnisse mit hinreichender Genauigkeit zu erhalten, achten wir sorgfältig auf die Ausformung des Gitters. Obwohl eine höhere Anzahl an Zellen die Genauigkeit des Ergebnisses wesentlich verbessert, erhöht sich auch der Rechenaufwand dementsprechend. Je nach Problemstellung errechnen wir daher die optimale Auflösung (die manchmal in verschiedenen Raumrichtung auch unterschiedlich sein kann) als Kompromiss zwischen präzisen Resultaten und bewältigbarem Rechenaufwand.

Als Beispiel zeigen wir hier das hexaedrische Mesh eines komplexen, gebirgigen Terrains, das wir zur LES (Large Eddy Simulation) einer Windkraftanlage erstellt haben. LES ist eine Methode, die empfindlich auf die Zellgröße des Mesh reagiert und stellt daher hohe Ansprüche an die Mesh-Qualität. Gleichzeitig muss das komplexe Terrain über eine große Fläche von 10-20km² und 1000-2000 Höhenmeter entsprechend aufgelöst werden um das Windfeld realistisch errechnen zu können. Nicht zuletzt muss auch die Mesh-Auflösung in der Nähe des Windrades selbst genügend hoch aufgelöst sein um sinnvolle Aussagen über die Qualität des Standortes machen zu können. Solche Simulationen können leicht mehr als 100 Mio Zellen umfassen und stellen nicht nur in Bezug auf das Mesh sondern auch hinsichtlich des Rechenaufwandes und des Speicherbedarfes höchste Anforderungen.


 

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