Simulation: Wie die SPH-Methode komplexe Strömungen erschließt

• Nextflow Software präsentiert eine neue Lösung zur Untersuchung und Analyse komplexer Strömungen für industrielle Designs auf der Grundlage der SPH-Methode (Smoothed Particle Hydrodynamics).
• Dieses Verfahren für die Simulation löst die Navier-Stokes-Gleichungen durch die Abbildung von Fluidströmungen in Form von Partikelbewegungen.
• Es eignet sich unter anderem für Simulationen mit komplexen Festkörpergrenzflächen.

Nach mehr als 20 Jahren Forschung hat die SPH-Methode durch Nextflow Software und viele andere Beteiligte den Weg von den akademischen Forschungseinrichtungen zu den Ingenieuren gemacht. Die Software ergänzt die traditionelle Finite-Volumen-Methode (FV) durch geometrische Vernetzung, um komplexe und spezifische Bewegungen von Fluiden zu simulieren.

SPH-Methode: Ein neuer Standard am CFD-Markt

Die SPH-Methode wird von Automobilherstellern und -zulieferern für Schlüsselanwendungen, wie die Schmierung und Kühlung von Getriebe- und Antriebssystemen (einschließlich E-Motoren) oder die Fahrzeug-Wattierung eingesetzt. Sie wird aber auch für andere Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt und Offshore, Umwelt und Energie, industrielle Prozesse/Maschinen und Fertigung und vieles Weitere verwendet.

Die Hauptmerkmale der SPH-Methode sind:

• Sie löst die Navier-Stokes-Gleichungen mittels Abbildung von Fluidströmungen in Form von Partikelbewegungen. Dies ist besonders für Simulationen mit komplexen Festkörpergrenzflächen (Körperbewegung, Verformung, Kontakt…) sowie Flüssigkeiten (Mehrphasen, Zerstäubung, Koaleszenz…) gut geeignet. Herkömmliche FV-Methoden sind durch ihre netzbasierte Natur eingeschränkt und können solche Grenzflächen nicht effektiv simulieren.
• Sie erfordert keine manuelle Vernetzung und ermöglicht es Anwendern, Flüssigkeitsströmungssimulationen innerhalb weniger Minuten auszuführen, nachdem ihre CAD-Dateien fertig sind. Herkömmliche netzbasierte FV-Methoden erfordern eine mühsame und benutzerabhängige manuelle Vernetzungsoperation, die wertvolle Stunden oder sogar ganze Arbeitstage hochqualifizierter Ingenieure in Anspruch nehmen.

SPH-flow: Verschiedene Solver

Das SPH-Angebot von Nextflow Software umfasst zwei komplementäre Produkte, um allen technischen Anforderungen der CFD-Simulation gerecht zu werden:

• SPH-flow Explorer wird typischerweise in der explorativen Designphase verwendet, wenn schnelle Simulationen erforderlich sind, um eine erste Orientierung und Richtung für Designentscheidungen zu finden.
• SPH-flow Designer bietet zuverlässige und detaillierte Erkenntnisse, die für Designanalysen in späteren Phasen nützlich sind.

SPH-flow bietet kompressible und inkompressible Formulierungen in beiden Solvern, um alle Flüssigkeitsströme genau zu erfassen:

• Die inkompressible Formulierung mit SPH-Strömung eignet sich am besten für stark fragmentierte Ströme, bei denen die Flüssigkeit in Tröpfchen oder Strahlen zerstäubt wird, sowie für lang anhaltende Strömungen;
• Die kompressible Formulierung mit SPH-Strömung eignet sich am besten für Flüssigkeitsströmungen mit komplexer Physik und kurzer Dynamik, wie z.B. Stöße. Diese Formulierung wird besonders dann empfohlen, wenn es auf ein lokales Druckfeld und die Genauigkeit der freien Oberfläche ankommt.

SPH-flow liefert präzise und schnelle SPH-Berechnung

SPH-flow Designer verwendet aktuelle SPH-Modelle und verbessert die Präzision und Konvergenzordnung, selbst wenn es sich um komplexe Multiphysik handelt: Mehrphasenströmungen, Oberflächenspannung mit Benetzbarkeit, Fluid-Struktur-Wechselwirkungen (FSI), thermische Analyse, SPH-LBM (Lattice Boltzmann Methode) und SPH-FV Co-Simulation.

SPH-flow Explorer ist darauf optimiert, Ergebnisse so schnell wie möglich zu liefern, um die Simulationszeit zu begrenzen.

SPH-flow ist jetzt für Workstations und kleine Server sowie für High Performance Computing (HPC)-Cluster verfügbar, wenn große Rechenkapazitäten benötigt werden. Eine Version für die Graphics Processing Unit (GPU) wird ab Anfang 2021 angeboten.

SPH-flow kann bei bestimmten Anwendungen, die für die SPH-Methode geeignet sind, 5 bis 100 Mal schneller sein als FV-Solver, sodass Simulationen in Stunden statt Tagen durchgeführt werden können und bei solchen Anwendungen bessere Ergebnisse im Vergleich zu FV erzielen.

Weitere Informationen: https://www.nextflow-software.com/

Erfahren Sie hier mehr darüber, wie mit Hilfe von Simulation Beatmungsressourcen optimal genutzt werden.

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