CFD-Analyse

Strömungen sind komplex, oft kontraintuitiv und erfahrungsgemäß schwer vorherzusagen. Unerwartete Druckverluste, Rezirkulationszonen, unzureichende Durchmischung oder ungleichmäßige Strömungsverteilung können die Produktleistung beeinträchtigen, die Prozesseffizienz verringern und kostspielige Redesign-Zyklen verursachen. Mit Computational Fluid Dynamics (CFD) liefern wir Ihnen ein detailliertes, quantitatives Bild dessen, was in Ihrem System geschieht — damit Sie Probleme beheben können, bevor sie das Prototypenstadium erreichen, und Ihre Designs mit Sicherheit optimieren.

Probleme, die wir mit CFD lösen

Unsere Kunden kommen zu uns, wenn sie Antworten brauchen, die Messungen allein nicht liefern können — oder wenn physische Tests zu teuer, zu langsam oder in der Designphase schlichtweg unmöglich sind. Typische Projekte umfassen:

  • Druckverlust- und Energieverlustanalyse — Verluste durch Ventile, Rohrleitungen, Verteiler oder Filtergeometrien quantifizieren und identifizieren, wo Verbesserungen die größte Wirkung erzielen.
  • Strömungsverteilung und -gleichmäßigkeit — gleichmäßige Geschwindigkeits- oder Konzentrationsprofile über Wärmetauscher, Verteilerkollektoren, Reinräume oder Reaktionskammern sicherstellen.
  • Misch- und Homogenisierungsoptimierung — Rührertypen, Leitblechkonfigurationen und Einspritzstrategien bewerten, um die gewünschte Mischqualität in kürzerer Zeit zu erreichen.
  • Turbomaschinenleistung — Wirkungsgrad von Pumpen, Gebläsen, Turbinen und Kompressoren durch detailliertes Verständnis des internen Strömungsfelds analysieren und verbessern.
  • Mehrphasen- und Freispiegelströmungen — Gas-Flüssigkeits-Wechselwirkungen, Schwappbewegungen, Wechselsprünge, Kavitation und partikelbeladene Strömungen simulieren.
  • HLK- und Lüftungsdesign — Luftverteilung, thermischen Komfort und Schadstoffabfuhr in Gebäuden, Reinräumen und Industrieanlagen verifizieren.
  • Prozess-Fehlerbehebung — Unterperformance, unerwartete Erosion oder Vibrationen in bestehenden Anlagen untersuchen und gezielte Designänderungen empfehlen.
CFD-Simulation der Strömungsdurchmischung in einem Industriemischer mit Axialrührer und Leitblechen
CFD-Analyse des Mischprozesses in einem Industriemischer mit Axialrührer und fünf Leitblechen. Die Simulation zeigt das Strömungsmuster und die Mischeffizienz — Informationen, die durch Messungen allein praktisch nicht zu gewinnen sind.

Was CFD zeigt, was Tests nicht können

Ein physischer Versuch liefert Ihnen den Druck an einigen wenigen Messpunkten oder die Durchschnittstemperatur an einem Auslass. Eine CFD-Simulation gibt Ihnen das vollständige Geschwindigkeits-, Druck- und Temperaturfeld an jedem Ort und zu jedem Zeitschritt — auch in Bereichen, die für Sensoren physisch unzugänglich sind.

Dieses Detailniveau macht CFD einzigartig leistungsfähig, um zu verstehen, warum ein System sich so verhält, wie es das tut. Wo bildet sich Rezirkulation? Was verursacht die Druckspitze? Warum ist die Strömung ungleichmäßig verteilt? Sobald Sie die Ursache verstehen, werden gezielte Designverbesserungen unkompliziert.

CFD ermöglicht es Ihnen außerdem, Dutzende von Designvarianten zu einem Bruchteil der Kosten und Zeit von Prototypentests zu bewerten — das ideale Werkzeug für systematische Optimierung und schnelle Was-wäre-wenn-Studien.

CFD-Stromlinien durch ein Wirbelgebläse mit Darstellung der Strömungsmuster und Gasmischung
Stromlinien durch ein Wirbelgebläse. Die Simulation zeigt, wie ein kalter und heißer Gasstrom effizienter gemischt werden, wenn ein Wirbelerzeuger eingeführt wird — eine Designerkenntnis, die die Optimierung dieses Bauteils leitete.

Strömungsarten, die wir simulieren

Unsere CFD-Kompetenzen decken das gesamte Spektrum strömungsmechanischer Phänomene ab. Ob Ihre Anwendung eine langsame, viskose Strömung durch einen engen Kanal oder kompressible Hochgeschwindigkeits-Gasdynamik umfasst — wir wählen den richtigen Modellierungsansatz und das passende Turbulenzmodell, um genaue und zuverlässige Ergebnisse zu liefern.

  • Inkompressible und kompressible Strömung — von Niedriggeschwindigkeits-Flüssigkeitssystemen bis zu Hochgeschwindigkeits-Gasströmungen mit Stößen.
  • Laminare, Übergangs- und turbulente Strömung — mit RANS-, DES- oder LES-Turbulenzmodellen, je nach Anwendung.
  • Stationäre und instationäre Simulationen — sowohl zeitgemittelte Verhältnisse als auch zeitabhängige Phänomene wie Wirbelablösung, pulsierende Strömung oder Anlaufvorgänge erfassen.
  • Mehrphasenströmung — Gas-Flüssigkeits-Grenzflächen, freie Oberflächen, Partikeltransport, Kavitation und Sieden.
  • Nicht-Newtonsche Fluide — für Anwendungen in der Lebensmittel-, Pharma- und Medizinindustrie, bei denen die Fluidviskosität von der Scherrate abhängt.
  • Rotierende Maschinen — Pumpen, Rührer, Turbinen, Gebläse und Kompressoren mittels Frozen-Rotor-, Mixing-Plane- oder Sliding-Mesh-Verfahren.
  • Reaktive Strömung und Stofftransport — Verbrennung, chemische Reaktionen, UV-Absorption und Schadstoffausbreitung.

Branchen und Anwendungen

Wir haben CFD-Projekte in einer Vielzahl von Branchen durchgeführt. Unsere Erfahrung stellt sicher, dass wir nicht nur die Simulation verstehen, sondern auch den ingenieurtechnischen Kontext und die praktischen Randbedingungen Ihrer Branche:

  • Prozess- & Chemieindustrie — Mischer, Reaktoren, Trennausrüstung, Galvanisierungsprozesse, Filtration und Katalyse.
  • Wasseraufbereitung — UV-Desinfektionssysteme, Wechselsprünge, Sedimentationsbecken und Belüftungsdesign.
  • Energie & Turbomaschinen — Pumpen, Ventile, Turbinen, Kompressoren und Kraftstoffversorgungssysteme.
  • Gebäudetechnik & HLK — Lüftungseffektivität, Reinraumströmung, Bewertung des thermischen Komforts (PMV/PPD).
  • Automobil & Transport — Aerodynamik, Motorraum-Durchströmung, Kraftstoffsystemanalyse und Kabinenklimatisierung.
  • Offshore & Maritime Industrie — Wellenbelastung, Schwappanalyse, Unterwasser-Strömungssicherung und Caisson-Hydrodynamik.
  • Medizin & Pharma — nicht-Newtonsche Blutströmungsmodellierung, Medikamentenverabreichungssysteme und Sterilraumdesign.

Kombinierte CFD- und Strukturanalyse

Strömungskräfte existieren nicht isoliert — sie wirken auf Strukturen. Wenn Fluiddrücke, thermische Lasten oder strömungsinduzierte Vibrationen für die strukturelle Integrität Ihres Designs relevant sind, koppeln wir unsere CFD-Ergebnisse mit der Finite-Elemente-Analyse durch Fluid-Struktur-Interaktion (FSI). Für thermische Probleme, die sowohl Fluidströmung als auch Festkörper-Wärmeleitung umfassen, siehe unsere Wärmeübertragungsanalyse.

Eine Strömungsherausforderung? Sprechen wir darüber.

Ob Sie einen leistungsschwachen Prozess analysieren, ein neues Designkonzept validieren oder die Strömungsverteilung optimieren möchten — unsere CFD-Spezialisten helfen Ihnen, die Antworten zu finden, die Sie brauchen.

Kontaktieren Sie uns für ein unverbindliches Erstgespräch. Wir besprechen Ihre Anwendung, empfehlen den richtigen Simulationsansatz und erstellen Ihnen ein klares Projektangebot.

 Kontaktieren Sie uns  oder rufen Sie uns an unter +32 478 618 118

Möchten Sie CFD selbst erlernen? Schauen Sie sich unseren Kurs Einführung in Computational Fluid Dynamics an.

Häufig gestellte Fragen

Häufige Fragen zur CFD-Analyse und Strömungssimulation.

Unsere zentralen CFD-Plattformen sind Ansys Fluent und Ansys CFX, die zusammen das gesamte Spektrum der Strömungsprobleme abdecken, die wir bearbeiten. Für Wellen- und Meereshydrodynamik setzen wir Ansys Aqwa ein. Darüber hinaus nutzen wir Matlab und Python für Pre-/Post-Processing, Datenanalyse und Automatisierung von Parameterstudien. Die Solver-Wahl richtet sich nach der Physik Ihres Problems — wir wählen das Werkzeug, das für Ihre spezifische Anwendung die genaueste und effizienteste Lösung liefert.

CFD ist besonders wertvoll, wenn Sie Feldinformationen im gesamten Berechnungsgebiet benötigen (Geschwindigkeit, Druck und Temperatur überall), wenn der physische Zugang für Sensoren eingeschränkt ist, wenn Sie viele Designvarianten schnell vergleichen möchten oder wenn der Aufbau eines Prüfstands zu teuer oder zeitaufwändig wäre. Physische Tests bleiben für die abschließende Validierung wichtig, aber CFD stellt sicher, dass Sie mit einem gut optimierten Design in die Testphase gehen.

Die Genauigkeit eines CFD-Ergebnisses hängt von drei Hauptfaktoren ab: der Qualität des Netzes, der Wahl des Turbulenzmodells und der Genauigkeit der Randbedingungen. Bei gut verstandenen Strömungsregimen mit guten Eingabedaten stimmen CFD-Vorhersagen typischerweise innerhalb weniger Prozent mit Messungen überein. Bei komplexeren Strömungen (mehrphasig, reagierend, hochturbulent) validieren wir die Modellierungsansätze sorgfältig und kommunizieren den zu erwartenden Genauigkeitsbereich. In allen Fällen identifiziert CFD zuverlässig Trends, bewertet Designalternativen und lokalisiert Problembereiche.

Eine stationäre Simulation berechnet das zeitgemittelte Strömungsfeld — nützlich, wenn die Betriebsbedingungen konstant sind und Sie an mittleren Drücken, Geschwindigkeiten und Temperaturen interessiert sind. Eine instationäre Simulation löst die Strömung zeitlich auf und erfasst Phänomene wie Wirbelablösung, pulsierende Strömung, Anlaufverhalten, Schwappbewegungen oder Mischdynamik. Instationäre Simulationen sind rechenintensiver, daher setzen wir sie nur ein, wenn das zeitabhängige Verhalten für Ihre ingenieurstechnische Fragestellung relevant ist.

Ja. Wir simulieren inkompressible Flüssigkeiten (Wasser, Öl, nicht-Newtonsche Fluide), kompressible Gase (Luft, Erdgas, Dampf) und Mehrphasenströmungen, bei denen Gas- und Flüssigphasen koexistieren — darunter Freispiegelströmungen, Kavitation, Sieden, Kondensation und partikelbeladene Strömungen. Die Physik und der Modellierungsansatz unterscheiden sich jeweils, und wir wählen die richtigen Methoden basierend auf Ihrer spezifischen Anwendung.

Wir benötigen die Geometrie des Strömungsgebiets (CAD der umgebenden Festkörperteile reicht in der Regel aus — wir extrahieren das Fluidvolumen), die Fluideigenschaften, die Betriebsbedingungen (Volumenströme, Drücke, Temperaturen an Ein- und Auslässen) und eine Beschreibung dessen, was Sie aus der Simulation erfahren möchten. Falls Sie Messdaten aus einer bestehenden Anlage haben, sind diese für die Modellvalidierung sehr nützlich.

Eine einzelne stationäre Simulation mit sauberer Geometrie kann in ein bis zwei Wochen abgeschlossen werden. Projekte mit instationären Simulationen, Mehrphasenströmung, rotierenden Maschinen oder Parameterstudien dauern typischerweise drei bis sechs Wochen. Die Hauptfaktoren sind die Geometriekomplexität, die Anzahl der zu bewertenden Betriebszustände und ob das CAD vor der Vernetzung umfangreich aufbereitet werden muss.