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Strömungssimulation Computational Fluid Dynamics CFD

Die experimentelle Ermittlung globaler Strömungsgrößen wie Widerstand, Auftrieb, Druckverlust oder Wärmeübergang ist in der Regel einfacher als die Messung von lokalen Größen wie Geschwindigkeit, Druck, Dichte oder Temperatur, welche mit erheblichem Aufwand an Zeit und damit Geld verbunden ist. Oftmals stellt die Berechnung eine Alternative zum Experiment dar.

Mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation, auch als Computational Fluid Dynamics (CFD) bezeichnet, können teure und zeitaufwendige Messungen zum Teil ersetzt und vor allem auch messtechnisch nicht erfassbare Phänomene simuliert und untersucht werden.

Beispiele dafür sind Strömungsvorgänge, die in sehr großen (z. B. Klimaforschung) oder sehr kleinen Skalen ablaufen, bei denen der Messort unzugänglich ist und auch Experimente, die aus Sicherheitsgründen nicht durchführbar sind. Die Simulationsrechnungen liefern im Prinzip für jeden Ort im Strömungsfeld die gesuchten Strömungsgrößen und wesentlich mehr Information, als je mit dem Experiment zu gewinnen wäre.

Ein praktische Simulationsbeispiel zeigt die nachfolgende Abbildung. Sichtbar ist die durch numerische Strömungssimulation gewonnene Geschwindigkeitsverteilung der kontinuierlichen Phase in einem Zyklonabscheider.

Voraussetzung für realitätsnahe Strömungssimulationsergebnisse ist allerdings, dass die zur Berechnung verwendeten Modelle, d. h. die verwendeten Gleichungssysteme inklusive Rand- und Anfangsbedingungen die physikalische Wirklichkeit hinreichend genau abbilden.