CFD-AUFBAUKURSE: KOMPLEXE AUFGABEN MEISTERN

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1 CFD-AUFBAUKURSE: KOMPLEXE AUFGABEN MEISTERN Wir möchten Sie dabei unterstützen, ANSYS CFD-Software noch effektiver und erfolgreicher einzusetzen. Dabei hilft Ihnen unser Trainingskonzept mit passgenauen Schulungen, professionellen Trainingsmaterialien und kompetenten Kursleitern. Dem erfahrene Anwender erschließen die CFD-Aufbaukurse die volle Leistung der ANSYS CFD-Software in anspruchsvollen Anwendungsbereichen. Angeleitet von unseren Fachtrainern erwerben Sie CFD-Expertise für Ihre komplexen Anwendungen. Damit Sie von CFD-Aufbaukursen in vollem Umfang profitieren, haben Sie bereits einen CFD-Basiskurs besucht oder besitzen vergleichbare Kenntnisse. Für Ihren ganz speziellen Trainingsbedarf bieten wir maßgeschneiderte individuelle Schulungen; auch bei Ihnen vor Ort. Sprechen Sie mit uns, wir informieren Sie gerne! AEROAKUSTIK Die Untersuchung der akustischen Eigenschaften von Strömungsfeldern rücken zunehmend in den Fokus zahlreicher Industriezweige. Strengere Richtlinien für den Lärmpegel und der Anspruch, einen höheren Komfort durch bessere Geräuschreduzierung zu erreichen, erfordert zusätzliche Ingenieurleistung u.a. im Bereich CFD. FLUENT bietet eine Reihe von Ansätzen, um akustische Phänomene zu erfassen und auszuwerten. Ein einleitendes Kapitel stellt die Grundlagen der Akustik vor. Es werden vier unterschiedliche Ansätze zur numerischen Simulation akustischer Phänomene in FLUENT vorgestellt: - Direkte Aeroakustikberechnung - Kopplung mit dem Akustikcode LMS-Sysnoise (Boundary- Element-Method) - Verwendung einer in FLUENT implementierten Akustik- Analogie (Ffowcs-Williams-Hawkins) - Stationäre Ansätze mit Hilfe von Turbulenzkorrelationen (z.b. lin. Euler-Gleichung) Der Kurs legt offen, welche Anforderungen bei der Netzgenerierung und Auswahl der Turbulenzmodelle in FLUENT zu beachten sind. Hierbei wird insbesondere die mit steigender Rechnerleistung immer besser realisierbare Large-Eddy-Simulation (LES) berücksichtigt. Anhand generischer und realer Beispiele werden Anwendungsbereiche und Auswerteverfahren vorgestellt. Abgerundet wird der Kurs durch anschauliche Übungen. Der Kurs richtet sich an CFD-Ingenieure mit FLUENT- Erfahrung, die an akustischen Analysen für ihre Anwendungen interessiert sind. Momentaufnahme der Geschwindigkeitsverteilung um einen generischen Fahrzeugaussenspiegel

2 BEWEGTE UND VERFORMBARE NE TZE - DYNAMIC MESH In FLUENT gibt es die Möglichkeit, Netze automatisiert zu bewegen und zu verformen. Diese Funktionalität kann sowohl bei instationären Simulationen mit bewegten Teilen, z.b. definierte Ventilbewegung im Verbrennungsmotor oder freie Körperbewegung aufgrund von Strömungskräften, als auch bei stationären Simulationen, z.b. Ermitteln des stabilen Gleichgewichtszustands eines Federsystems, zum Einsatz kommen. Der Kurs liefert einen Überblick über die Funktionalität der dynamischen Netze in FLUENT. Dafür werden zunächst die zugrundeliegenden Bewegungs- und Verformungsmöglichkeiten vorgestellt und mit Hilfe von anschaulichen Beispielen erläutert. Diese werden ergänzt durch ausführliche Diskussion möglicher Randbedingungen und Löserparameter zur Beeinflussung der Gitterbewegung und -verformung. In einem weiterem Abschnitt wird die Möglichkeit aufgezeigt, Bewegungen mit Hilfe von UDFs oder Profilen zu definieren. Dabei wird unterschieden, ob die Bewegung einer mathematischen Beschreibung folgt oder ob Strömungsgrößen aus der Simulation die Bewegung beeinflussen. Abschließend wird die vollständige Funktionalität anhand betreuter Tutorien veranschaulicht, um so einen Eindruck über die Vielseitigkeit der möglichen Anwendungen zu vermitteln. CFD-Ingenieure mit erster Erfahrung in der Benutzung von FLUENT, die Vorgänge mit sich bewegenden Geometrien analysieren möchten. Partikelbeladene Zylinderinnenströmung BRENNSTOFFZELLEN Die Modellierung von Brennstoffzellen erfordert das Erfassen des Ionentransports, der elektrochemischen Reaktionen und des durch ein elektrisches Potential erzeugten Stroms. Diese erweiterte Funktionalität wird in FLUENT zur Verfügung gestellt. Der Kurs umfasst - Aufbau und Funktionsweise von Brennstoffzellen - Erläuterung der Brennstoffzellenphysik und ihrer Modellierung - Simulation mit dem Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) Modell - Simulation mit dem Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Modell Übungen an einem Beispiel demonstrieren den praktischen Einsatz der Modelle. Dabei wird zusätzlich auf die geeignete Vernetzungsstrategie eingegangen. Die Vorstellung einer Fallstudie rundet den Kurs ab. Ziel des Kurses ist es, die Teilnehmer mit relevanten Modell- Parametern vertraut zu machen und ihnen einen erfolgreichen Einsatz der Zusatzmodule für Brennstoffzellensimulation zu ermöglichen. CFD-Ingenieure mit Erfahrung im Einsatz von FLUENT, die ihre Expertise für Brennstoffzellen ausweiten möchten. Ein Brennstoffzellenstapel aus 32 SOFCs

3 CFD-SIMUL ATION VON RÜHR- UND MISCHVORGÄNGEN Der Kurs beschäftigt sich mit den Grundlagen der numerischen Simulation von Misch- und Rührprozessen. Ziel des Kurses ist es, Strategien zur effizienten Lösung von Aufgabenstellungen aus dem Bereich Mischen und Rühren zu vermitteln. Ausgehend von klassischen Fragestellungen zur Optimierung von Rühr- und Mischprozessen und den wichtigsten zu ermittelnden Ergebnisgrössen, werden angepasste Strategien für die CFD-Simulation diskutiert sowie Stärken und Schwächen einzelner Herangehensweisen besprochen. Dabei spielen sowohl Aspekte der Netzerstellung als auch der Simulation, beispielsweise die geeignete Wahl des Modells zur Berücksichtigung von Relativbewegung zwischen Rührer und Wandung (-> Moving-Mesh- vs. Sliding-Mesh-Methode), sowie der Auswertung eine Rolle. Bestandteil des Kurses ist des weiteren die Vorstellung der Software MixSim, die basierend auf FLUENT als CFD- Löser mit Hilfe der angepassten Benutzeroberfläche viele Prozessschritte bei der Simulation von Rührern erheblich vereinfacht. CFD-Ingenieure mit erster Erfahrung in der Anwendung von FLUENT, die neue Aufgabenstellungen aus dem Bereich Mischen und Rühren effizient angehen wollen. Flüssigkeitsoberfläche im Rührer Es werden sowohl klassische bewegte Rührer als auch statische Mischer im Rahmen des Kurses behandelt. CFD-SIMUL ATION VON TURBOMASCHINEN Die Simulation von Turbinen, Kompressoren, Lüftern und Pumpen ist eine klassische Anwendung von CFD. In diesem Bereich sind der Einfluss der rotierenden Zonen, die Betrachtung der Turbulenz, sowie die Beschreibung des Mediums bei Kompresibilität entscheidend. Das in der Theorie vorgestellte Wissen wird an Anwendungsbeispielen illustriert und in einer Übungsphase vertieft. CFD-Ingenieure mit erster Erfahrung in der Benutzung von FLUENT, die anspruchsvolle Aufgabenstellungen bei der Simulation von Turbomaschinen mit FLUENT angehen wollen. Ziel des Kurses ist es, die Teilnehmer in die Lage zu versetzen, Turbomaschinen noch effektiver und genauer zu berechnen. Der Kurs umfasst das Erarbeiten von effizienten Vernetzungsund Lösungs-strategien sowie Techniken für das Postprozessing bei Turbomaschinenanwendungen. Schwerpunkte bei den Lösungsstrategien bilden die Modellansätze für rotierende Zonen, die Turbulenzmodellierung und die Wandbehandlung. Ferner wird der effiziente Einsatz der vier FLUENT-Löserkonzepte und die Wahl der Diskretisierungsansätze behandelt. Druckverteilung in einer mehrstufigen Turbine

4 CFD-SIMUL ATION IM VERFAHRENS- TECHNISCHEN ANL AGENBAU Dieser Kurs richtet sich an Kunden, die klassische Probleme des verfahrenstechnischen Anlagenbaus mittels CFD lösen und ihre Produktionsanlagen optimieren oder kritische Prozesse auf strömungsmechanische Fehlerquellen untersuchen wollen. Es werden zunächst die relevanten pyhsikalischen Prinzipien des jeweiligen Anlagentyps besprochen und anschliessend die numerische Umsetzung in FLUENT durch die Auswahl der geeigneten Simulationsmodelle erläutert. Insbesondere angesprochen werden: ð Sprühtrockner ð Zyklone ð Wirbelschichtanlagen CFD-SIMUL ATION HOCHVISKOSER UND VISKOEL ASTISCHER MEDIEN Die Auslegung und Entwicklung von Bauteilen aus Elastomeren und Polymeren und deren Herstellung stellt für die beteiligten Konstrukteure und Entwickler eine Herausforderung dar. Experimentelle Untersuchungen sind kostspielig und zeitaufwendig, insbesondere wenn viskoelastische Materialeigenschaften vorliegen. Numerische Simulationsverfahren sind daher eine wirtschaftlich interessante Möglichkeit, Kunststoffverarbeitungsmaschinen und deren Produkte virtuell zu untersuchen. Die Simulation liefert dem Entwickler wertvolle dreidimensionale Information für alle Prozessparameter wie Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Dichte, Scherrate und deren Gradienten. Prozesse wie das Wandgleiten und thermische Kunststoffzersetzung können dank der Simulation vorhergesagt und - darauf basierend - Verbesserungsvorschläge gezielt erarbeitet werden. Die Integration der notwendigen Simulationsprogramme innerhalb der ANSYS Workbench ermöglicht die schnelle Modifikation des Entwurfs und den Vergleich des Erstentwurfs mit nachfolgenden Varianten. Tools für die automatisierte Optimierung (Design Explorer) vervollständigen die Möglichkeiten zur Entwurfsverbesserung. Auch die mechanische Beanspruchung der Werkzeuge kann durch gekoppelte FE-Festigkeitsanalyse der Bauteile untersucht werden. Die jeweils geeigneten numerischen Modelle werden anwendungsorientiert vorgestellt und die praktische Handhabung inklusive Praxistipps erläutert. Weiterhin werden die Möglichkeiten der graphischen Ergebnisauswertung unter Berücksichtigung von typischen Modellkombinationen besprochen. Ziel ist es, Kursteilnehmern einen schnellen Einstieg in die Simulation der jeweiligen Anlagentypen zu erlauben. Es werden Voraussetzung geschaffen, Möglichkeiten und Grenzen der einzelnen Modelle im Hinblick auf konkrete Vorhaben vorab einzuschätzen und so schnell Simulationserfolge zu erzielen. Voraussetzung: - Grundkenntnisse der verfahrenstechnischen Anlagenfunktion - Erste Erfahrungen in der Simulation mit FLUENT, ggf. auch aus anderen Anwendungsbereichen. Der Kurs behandelt u.a. folgende Themen: Einsatzbereich der Simulationsprogramme (FLUENT, CFX und POLYFLOW) bei Strömungen von hochviskosen und viskoelastischen Medien Tools und Utilities für die Berechnung von Wandgleiten, Verweilzeit, Materialschädigung Überblick über Viskositäts- und viskoelastische Modell und Aufbereitung der Viskositätsdaten aus Experimentalwerten Konkretes Vorgehen bei der Simulation von der Geometrie bis zum Ergebnis Auswertung der Simulationen Aufdecken von Verbesserungspotentialen Ingenieure und Konstrukteure im Bereich Kunststoffmaschinen und Kautschukindustrie. Erfahrung mit einem Strömungssimulationsprogramm und Kenntnis der Programmiersprache C ist wünschenswert.

5 EFFIZIENTE VERNE TZUNG MIT TGRID: I. EINFÜHRUNG UND GRUNDL AGEN Die Vernetzung von komplexen Geometrien ist häufig der zeitaufwendigste Schritt einer CFD-Analyse. Mit zunehmender Rechenkapazität steigen der Detaillierungsgrad und damit die Anforderungen an die Netzgenerierung. Das ANSYS-Vernetzungswerkzeug TGrid ist in der Lage, sehr komplexe Geometrien bei hoher Netzqualität mit moderatem Aufwand zu modellieren. Basis für die Vernetzung in TGrid sind Geometrien, die im Stereolithography-Format (STL) oder als Oberflächennetze vorliegen, da alle gängigen CAD-Systeme den Geometrie-Export im STL-Format unterstützen. An praktischen Beispielen werden kritische Bereiche importierter Oberflächen- und Volumennetze diskutiert und wirkungsvolle Bearbeitungsstrategien demonstriert. Am Ende des Trainings steht ein kurzer Ausblick auf die moderne Wrapper-Technologie in TGrid. Der Kurs richtet sich an CFD-Ingenieure aller Industriebereiche, die mit komplexen Geometrien arbeiten und den Vernetzungsprozess optimieren wollen. Kenntnisse in TGrid werden nicht vorausgesetzt. Nach einer kurzen Einführung in Programmphilosophie und Bedienkonzept von TGrid startet der Kurs bei der Oberflächenvernetzung und entsprechenden Optionen für ihre Veränderung und Optimierung. Danach werden die Volumenvernetzung mit ausschließlich Tetraedern oder HexCore und die gezielte Kontrolle der lokalen Netzauflösung behandelt. Weitere Trainingsabschnitte befassen sich mit dem Generieren von Grenzschicht- bzw. Prismennetzen auf komplex geformten Oberflächen und der komfortablen Analyse der Netzqualität. Grenzschichtnetz (Prismen) und HexCore für einen Flugzeugrumpf in TGrid EFFIZIENTE VERNE TZUNG MIT TGRID: II. EXPERTENSTR ATEGIEN UND WR APPING Das Preprocessing steht am Anfang der Prozesskette in jeder CFD-Berechnung. Adäquate Netze bilden die Grundlage für aussagekräftige und verläss liche Ergebnisse. Dieser Kurs erlaubt CFD-Anwendern, die bereits Erfahrung mit dem ANSYS-Preprozessor TGrid gesammelt haben, den sicheren Einstieg in fortgeschrittene und praxiserprobte Vernetzungsstrategien. Speziell für komplexe und vielteilige Geometrien liefert der Surface-Wrapper in TGrid eine weitgehend automatische Lösung für Cleanup und Vernetzung. Dadurch wird der Vernetzungsaufwand auf ein Minimum reduziert. Darüber hinaus besteht auch beim Wrapper die Möglichkeit, den Bereinigungs- und Vernetzungsprozess auf die spezielle Anwendung individuell anzupassen und noch weiter zu automatisieren; z.b. durch Skripte. Entsprechende Grundlagen im Umgang mit Journalfiles und deren freie Erweiterung durch neue logische Abfragen in TGrid (Query Functions) werden hier ebenfalls vermittelt. Um etwa Designstudien durchzuführen, können Bauteile und Bereiche in schon vorhandenen Volumennetzen mit der vorgestellten Technik des Cavity-Remeshing bequem ausgetauscht werden. An praktischen Beispielen werden die kritischen Bereiche komplexer Geometrie diskutiert und geeignete Bearbeitungstechniken demonstriert. Weiterhin wird der Einfluss von Vernetzungsdichte, Netzqualität und Zelltopologie auf die Güte der Berechnungsergebnisse aufgezeigt. Der Kurs richtet sich an CFD-Anwender aller Industriebereiche, die mit komplexen Geometrien arbeiten und an einer Optimierung Ihres Vernetzungsprozesses inter essiert sind. Die Teilnahme setzt Grundkenntnisse im Umgang mit dem Preprozessor TGrid voraus.

6 EFFIZIENTE VERNETZUNG MIT ANSYS ICEM CFD Das Preprocessing steht am Anfang der Prozesskette in jeder CFD-Berechnung. Qualitativ hochwertige Netze bilden die Grundlage für aussagekräftige und verlässliche Ergebnisse. ICEM CFD TETRA Elementkonformes hybrides Gitter eines Klimakanals Nach einer kurzen Einführung in Programmphilosophie und Bedienkonzept von ANSYS ICEM CFD beginnt der Kurs mit dem Geometrieimport und Geometriebereinigung. Im weiteren Verlauf des eintägigen Trainings werden neben der Erzeugung unstrukturierter hybriden Tetraeder- und Prismengittern auch Möglichkeiten der Optimierung der Gitterqualität und Grenzschichtauflösung sowie der Reparatur von Gittern und Geometrie erläutert. Der Kurs richtet sich an CFD-Ingenieure aller Industriebereiche, die mit komplexen Geometrien arbeiten und den Vernetzungsprozess optimieren wollen. Kenntnisse in ICEM CFD TETRA werden nicht vorausgesetzt. ICEM CFD HEXA Das Preprocessing steht am Anfang der Prozesskette in jeder CFD-Berechnung. Qualitativ hochwertige Netze bilden die Grundlage für aussagekräftige und verlässliche Ergebnisse. ANSYS ICEM CFD HEXA ermöglicht die Erzeugung von reinen Hexaedergittern. Es kann gezielt die lokale Netzstruktur und Feinheit, sowie die Auflösung der Randschichten gesteuert werden. Diese Gitter erzielen im Löser eine hohe Lösungsgenauigkeit und bessere Konvergenz. Bei ANSYS ICEM CFD HEXA handelt es sich um einen Multiblock strukturierten Vernetzer. Der dafür erforderliche manuelle oder automatische Aufbau einer Topologie ist Gegenstand der beiden Trainingstage. Teilnehmer des optionalen ICEM CFD TETRA Trainings werden die Gitter aus beiden Seminaren kombinieren können. Der Kurs richtet sich an CFD-Ingenieure aller Industriebereiche, die mit komplexen Geometrien arbeiten und den Vernetzungsprozess optimieren wollen. Kenntnisse in ICEM CFD HEXA werden nicht vorausgesetzt.

7 FLUID-STRUKTUR-INTERAKTION (FSI) MIT ANSYS WORKBENCH Immer häufiger müssen Aufgabenstellung betrachtet werden, die sich den klassischen Felder CFD oder Strukturmechanik nicht allein zuordnen lassen. Der vorliegende Kurs soll die Verbindung zwischen diesen beiden Bereichen schaffen und aufzeigen, wie kombinierte Aufgabenstellungen effektiv bearbeitet werden können. Ziel des Kurses ist es aufzuzeigen, wie die Gebiete Strömungssimulation und Struktursimulation effektiv verbunden werden können. Hierzu kommen die Werkzeuge ANSYS DesignModeler, ANSYS Meshing, ANSYS Mechanical, ANSYS Thermal, ANSYS CFD und Postprocessing zum Einsatz. strömungstechnische Analysen. kurze Einführung in ANSYS Mechanical und ANSYS Thermal Kopplungsmöglichkeiten und Lastübergabe zwischen Anwendungen Ein- und Zwei-Wege Kopplung für die Fluid-Struktur Interaktion stationäre und transiente Berechnungen. Beispiele und Übungen vertiefen das Gelernte und ermöglichen so einen raschen Einstieg in die gekoppelten Simulationen. CFD-Ingenieure mit Erfahrung in CFX oder FLUENT, die Aufgabenstellungen aus dem Bereich der Fluid-Struktur- Interaktion effektiv mit der ANSYS Workbench bearbeiten wollen. Der Kurs zeigt auf, wie diese Programmwerkzeuge und entsprechenden Arbeitsschritte in der ANSYS Workbench integriert und Simulationsdaten auf einfache Weise ausgetauscht werden können: Geometrieaufbereitung und Vernetzung in der Workbench mit besonderer Berücksichtigung der unterschiedlichen Anforderungen für mechanische und FORTGESCHRIT TENE PROGR AMMIERUNG IN FLUENT Viele Aufgabenstellungen erfordern komplexe Modellierung. Das führt häufig zur Verwendung von anspruchsvollen physikalischen Modellen und großen Rechennetzen, die nur mit paralleler Rechnung bewältigt werden können. Der CFD-Aufbaukurs Fortgeschrittene Programmierung in FLUENT bietet Ihnen detaillierte Einblicke in die UDF- Programmierung für den parallelen Löser von FLUENT. Mit diesem Wissen sind Sie in der Lage, Ihre UDFs für die Verwendung im parallelen Löser anzupassen. Außerdem befaßt sich der Kurs mit den Schnittstellenkommandos für die in FLUENT implementierten Reaktionsmodelle. Ein weiteres Ziel dieses CFD-Aufbaukurses ist es, Einblicke in die Programmiersprache SCHEME zu vermitteln. Sie erlaubt es, die FLUENT-Oberfläche Cortex mit eigenen Elementen zu erweitern (z.b. Panels) oder den Automatisierungsgrad von FLUENT zu erhöhen. Im Rahmen des CFD-Aufbaukurses wird die grundlegende Syntax dieser Programmiersprache beschrieben. Detaillierte Beispiele dienen zur Übung und unterstützen Sie in der Definition eigener Funktionalität. CFD-Ingenieure mit Erfahrungen in der UDF-Programmierung und der Anwendung von FLUENT, die anspruchsvolle Aufgabenstellungen effizient behandeln und dabei den Automatisierungsgrad von FLUENT steigern möchten. Bitte beachten Sie, dass wir Ihnen in diesem CFD-Aufbaukurs Beispiele und Funktionalitäten anbieten, die sich gegebenenfalls in zukünftigen FLUENT-Versionen ändern. Aus diesem Grund können wir für SCHEME keine Unterstützung im regulären Support anbieten.

8 GRUNDL AGEN DER OPTIMIERUNG PER DESIGN EXPLOR ATION Die Optimierung von Geometrie und Betriebsparametern ist einer der zeitaufwändigsten und zugleich anspruchsvollsten Schritte von CFD-Analysen für komplexe Anwendungen. Die notwendigen Parameterstudien mit ihren zugehörigen Rechenläufen erhöhen den Gesamtaufwand beträchtlich. Die Optimierungssoftware ANSYS DesignXplorer bietet die Möglichkeit, mittels der Methode des Design of Experiments (DoE) derartige Parameterstudien und statistische Auswertungen für CFD- und Multiphysik-Simulationen komfortabel und zeiteffizient durchzuführen. Aus den Ergebnissen der DoE-Simulationsläufe wird über statistische Methoden eine sog. Response Surface generiert, die Grundlage für weitergehende Optimierungsprozesse ist. Entsprechend abgestimmte Werkzeuge erlauben eine gezielte und analysegerechte Behandlung der vorliegenden Designparameter, so dass ansonsten aufwändige Designstudien einfach und effizient durchgeführt werden können. Nach einer kompakten Einführung in das Programm- und Bedienkonzept des ANSYS DesignXplorer befasst sich der Kurs ausführlich mit der DoE-Methodik und den daraus abgeleiteten Response Surfaces. Anhand praxisnaher Beispiele mit Schwerpunkt CFD werden die typischen Werkzeuge und Arbeitsschritte bei der Optimierung und Analyse von Designparametern eingeführt und erläutert. In zahlreichen praktischen Übungen wird das erlernte Wissen unmittelbar angewendet und vertieft. Der Kurs wendet sich an CFD-Ingenieure aller Industriebereiche, die Produkte und Prozesse effizient analysieren und optimieren wollen. Geschwindigkeit und Druckverlust in einem Kanal mit parametrisch optimiertem Umlenkblech MEHRPHASENMODELLE IN FLUENT Mehrphasenströmungen spielen bei vielen industriellen Prozessen eine wichtige Rolle. Beispiele sind Einspritzsysteme in modernen Dieselmotoren, das Überschwappen von Treibstoff in Autotanks (vgl. Abbildung), begaste Bioreaktoren oder das Strömungsverhalten innerhalb von Stranggussanlagen zur Produktion von Qualitätsstählen. FLUENT stellt zur numerischen Simulation solcher Aufgabenstellungen eine breite Auswahl verschiedener Modelle bereit. Im vorliegenden CFD-Aufbaukurs werden physikalische Grundlagen von Mehrphasenströmungen und den entsprechenden Modellierungsansätzen vermittelt. Diese Kenntnisse erleichtern dem Anwender die Entscheidung, mit welchem Modell die eigene Simulationsaufgabe optimal bearbeitet werden kann. Gleichzeitig wird die effektive praktische Handhabung der Modelle erläutert und in Übungen angewandt. Der Schwerpunkt liegt auf Mehrphasenmodellen, die für große Volumenanteile der Sekundärphase geeignet sind. Definition, Einteilung und Klassifizierung von Mehrphasensystemen Kenngrößen zur Beurteilung des Strömungszustandes Überblick der Mehrphasenmodelle in FLUENT - Separierte Mehrphasenströmungen Volume of Fluid -Modell - Disperse Mehrphasensysteme Algebraic Slip -Modell Euler-Euler Modell Granulare Phasen Populationsbilanzen Erstarren von Schmelzen Zahlreiche Beispiele verdeutlichen die Einsatzbereiche, die Vorzüge und Nachteile der einzelnen Modelle sowie den Einfluss numerischer Parameter auf das Konvergenzverhalten. Mit praktischen Übungsbeispielen wird der richtige Umgang mit den Mehrphasenmodellen in FLUENT zusätzlich vertieft. Benzinschwappen in einem Autotank

9 MEHRPHASENSTRÖMUNG UND UDFs Mehrphasenströmungen spielen bei vielen industriellen Prozessen eine wichtige Rolle. Beispiele sind Einspritzsysteme in modernen Dieselmotoren, das Überschwappen von Treibstoff in Autotanks (vgl. Abbildung), begaste Bioreaktoren oder das Strömungsverhalten innerhalb von Stranggussanlagen zur Produktion von Qualitätsstählen. FLUENT stellt zur numerischen Simulation solcher Aufgabenstellungen eine breite Auswahl verschiedener Modelle bereit. Zur individuellen Beschreibung unterschiedlichster physikalischer und chemischer Vorgänge steht eine flexible Programmierschnittstelle (User Defined Function = UDF) bereit. Auf diese Weise kann der erfahrene Anwender eigene Modelle implementieren und die relevanten Prozesse mit eigenen Modellen realistisch implementieren. Mehrphasenprozess sinnvoll untersucht werden kann. Gleichzeitig wird das nötige praktische Rüstzeug zur Verfügung gestellt um die Modelle nach eigenen Erfordernissen zu erweitern. Definition, Einteilung und Klassifizierung von Mehrphasensystemen Kenngrößen zur Beurteilung des Strömungszustandes Überblick über die Mehrphasenmodelle in FLUENT Möglichkeiten zur Veränderung der Modellgleichungen Programmierschnittstellen - UDF s für das Euler-Lagrange Modell - UDF s für die Kontinuums-Modelle - UDF s für Populationsbilanzen Zahlreiche Beispiele verdeutlichen die Einsatzbereiche, Vorzüge und Nachteile der Modelle sowie den Einfluß numerischer Parameter auf das Konvergenzverhalten. Der Kurs behandelt die theoretischen und praktischen Grundlagen für diese Modellerweiterungen und hilft zu entscheiden, mit welchem Modell der jeweils betrachtete Mit praktischen Übungsbeispielen wird der richtige Umgang mit UDF s und Mehrphasenmodellen in FLUENT zusätzlich vertieft. REAKTIONSCHEMIE UND VERBRENNUNGSSIMUL ATION In FLUENT gibt es zahlreiche Modelle für die Simulation von Reaktionen, wobei in der Vergangenheit vorwiegend Verbrennungsreaktionen betrachtet wurden. In den letzten Programm-Releases jedoch wurden diese Ansätze durch neue Modelle zur Berücksichtigung detaillierter Chemie ergänzt, so dass heute mittels CFD auch vermehrt Reaktionschemie untersucht wird. Ziel des Kurses ist die Vermittlung des notwendigen Hintergrundwissens, das dem Ingenieur die richtige Auswahl der Modelle ermöglicht. Ausgehend von einer Klassifizierung von Oxidationsprozessen werden Modellierungsstrategien für die Reaktion gasförmiger, flüssiger und fester Edukte erarbeitet. (Verflüchtigungs- und Oberflächenverbrennungsmodelle), der Rußbildung und der Stickoxidbildung diskutiert. Das theoretisch erworbene Wissen wird an Anwendungsbeispielen illustriert und in einer Übungsphase vertieft. In diesem Zusammenhang werden auch die notwendigen Lösungsstrategien erarbeitet. CFD-Ingenieure mit erster Erfahrung in der Benutzung von FLUENT, die neue Aufgabenstellungen im Bereich der Reaktionssimulation effizient angehen wollen. Den breitesten Raum nehmen im Kurs die in FLUENT implementierten Reaktionsmodelle und ihre jeweiligen Einsatzgebiete ein. Diese gliedern sich in die Modelle für schnelle Chemie (wie z.b. das Eddy Dissipation Model) und die Modelle für detaillierte Chemie (wie das Eddy Dissipation Concept Model und das PDF Transport Model sowie der ISAT Algorithmus). Daneben werden Modelle zur Simulation der diskreten Phase Berechnete Konturen der Temperatur in Kohlebrenner

10 SIMUL ATION PARTIKELBEL ADENER STRÖMUNGEN Für die numerische Simulation von Mehrphasenströmungen, stehen in FLUENT eine Reihe von unterschiedlichen Modellen zur Verfügung. Vor allem für schwach beladene partikuläre Mehrphasensysteme eignet sich das Discrete Phase Model in FLUENT. Dieses Modell findet Verwendung, wenn der Volumenanteil der diskreten Phasen wie z.b. Tropfen, Partikel oder Gasblasen unterhalb von zehn Prozent liegt, um z.b. Trenngrade von Abscheidern zu berechnen oder Kohlebrenner auszulegen. Ziel des Kurses ist es, Ihnen die theoretischen Grundlagen dieses Modells vorzustellen. Dabei behandeln wir die Berechnung der Bahnkurve der Partikel genauso wie die implementierten Modelle zum Austausch von Masse und Energie und die Kopplung zwischen den beteiligten Phasen. zehn Prozent steigt die Wahrscheinlichkeit, dass Partikel miteinander kollidieren. Typische Anwendungen sind das Eindüsen von Lösung in einen Gaswäscher, das Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor oder der pneumatische Transport von Feststoffen. Im Rahmen des CFD-Aufbaukurses geben wir Ihnen eine Einführung in die Verwendung der notwendigen Modelle, um derartige Anwendungen mit FLUENT simulieren zu können. Im Rahmen des CFD-Aufbaukurses werden Übungen durchgeführt, welche die Funktionsweise des Modells zeigen und den Einstieg in die eigene Arbeit mit dem DPM erleichtern. Partikelbahnen in einem Zyklon Im weiteren Teil des Kurses beschäftigen wir uns mit instationären Modellen des DPM. Bei örtlichen Volumenanteilen über WÄRMEÜBERTR AGUNG UND STR AHLUNGSMODELLIERUNG In vielen technischen Anwendung spielt die Wärmeübertragung eine wichtige Rolle und muss bei der Simulation entsprechender Anlagen berücksichtigt werden. Hierbei können die wärmetechnischen Aspekte dominieren, z. B. für Lampen, oder die Strömung antreiben, z.b. für freie Konvektion. Inhalt Folgende Aspekte werden unter besonderer Berücksichtigung ihrer Modellierung mit ANSYS FLUENT in diesem Kurs behandelt: Wärmetransportmechanismen Wärmeleitung Erzwungene Konvektion Freie Konvektion Strahlung Lösungsstrategien und numerische Einstellungen Die Schwerpunkte dieses Kurses liegen im Bereich der natürlichen Auftriebsströmungen und ihren Besonderheiten sowie im Bereich der Strahlungsmodellierung. Ziel des Kurses ist, dem Anwender aufzuzeigen, was bei der Simulation von wärme- und strömungstechnisch gekoppelter Anwendungen zu beachten ist, und welche Möglichkeiten in FLUENT vorhanden sind, um derartige Aufgaben effizient zu bearbeiten. Zielgruppe CFD-Ingenieure mit erster Erfahrung in der Benutzung von FLUENT, bei deren Applikationen Wärmeübertragung und Strahlung eine maßgebliche Rolle spielen.

11 TURBULENZMODELLIERUNG FLUENT verfügt über ein breites Spektrum an Modellen um turbulente Strömungsphänomene zu erfassen. Der vorliegende Kurs behandelt in Theorie und Praxis die jeweiligen Eigenarten dieser Turbulenzmodelle und ihre anwendungsgerechte Auswahl. Das Programm startet mit einer Einführung in die fluidmechanischen Grundlagen turbulenter Strömungen. Anhand der Erhaltungsgleichungen werden mögliche Modellierungsansätze diskutiert und eine systematische Einordnung bekannter Turbulenzmodelle vorgenommen. Dabei bleibt der Konflikt zwischen Genauigkeit und Rechenaufwand stets im Blickfeld. Nach diesem Überblick werden grundlegende 0-, 1- und 2- Gleichungsturbulenzmodelle auf Basis der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen (RANS) im Detail vorgestellt. Die charakteristischen Eigenarten von Spalart-Allmaras- und Standard-k,ε-Modell werden erläutert und mit Hilfe eines ersten Übungsbeispieles demonstriert. Der Abschnitt schließt mit der Betrachtung der wandnahen Turbulenz und vergleicht gängige Wandmodelle einschließlich sogenannter Low-Reynolds Formulierungen sowie Transitionsmodellen im Hinblick auf numerischen Aufwand und physikalischen Nutzen. Als weiterentwickelte Zweigleichungs-Wirbelviskositätsmodelle werden daraufhin das RNG-, das Realizable-k,ε-, das k,ω- sowie das SST-Modell betrachtet und dem Standard-k,ε-Modell gegenübergestellt. Anwendungsbeispiele machen die Grenzen der einzelnen Methoden sichtbar. Als höchstentwickeltes statistisches Modell wird schließlich die Reynoldsspannungsmodellierung (RSM) vorgestellt. Der Vergleich mit einfacheren Modellen sowie eine weitere Anwendungsübung runden die Betrachtung ab. Ein kompaktes Kapitel zur skalenauflösenden Simulation (SRS) turbulenter Strömungen liefert den Ausblick auf zukunftsweisende Methoden der Turbulenzmodellierung. Dabei werden Large Eddy Simulation (LES), Detached Eddy Simulation (DES) und Skalen-adaptive Simulation (SAS) eingeführt. Eine entsprechende Übung befasst sich mit charakteristischen Längenmaßen in turbulenten Strömungen (vgl. Abb.). Strömung und Kolmogorov- Längenmaß in der Scherschicht eines ebenen Freistrahles UDF-PROGR AMMIERUNG IN FLUENT FLUENT wird als General-Purpose Code in allen Industriebereichen eingesetzt und bietet deshalb eine Vielzahl von Modellen und Funktionen. Daneben gibt es Anwendungen, bei denen es nötig ist, die in FLUENT existierenden Modelle zu modifizieren oder eigene Modelle in FLUENT zu implementieren. Dazu bietet FLUENT fortgeschrittenen Anwendern als Programmierschnittstelle die sog. User Defined Functions (UDF). In diesem Kurs werden Sie soweit erforderlich zunächst in die Programmiersprache C eingeführt. Anschließend werden der Zugriff auf programminterne sowie benutzerdefinierte Datenstrukturen erklärt und die verschiedenen Typen benutzerdefinierter Funktionen und ihre Verwendung erläutert. Hierbei wird u.a. die freie Definition von Randbedingungen, Stoffeigenschaften und Quelltermen (Masse, Impuls, Energie,...) beschrieben. Außerdem wird kurz auf die Besonderheiten der Programmierung bei Verwendung der Kontinuumsmehrphasenmodelle in FLUENT eingegangen. Dabei erhalten Sie einen Einblick in die interne Datenstruktur dieser Modelle. Schlusspunkt dieses CFD-Aufbaukurses ist das Implementieren eigener skalarer Transportgleichungen, die flexibel vom Anwender definiert und von FLUENT gelöst werden. Auf diese Weise können Sie z.b. Transportgleichungen für elektrische Felder oder statistische Momente in FLUENT einbinden. Detailliert ausgearbeitete Beispiele zu den Einsatzgebieten dienen als Vorlage zur Lösung eigener Aufgabenstellungen. Zusätzlich steht den Teilnehmern Zeit für eigene praktische Übungen unter Anleitung des Kursleiters zur Verfügung. CFD-Ingenieure mit Erfahrung in der Benutzung von FLUENT und Programmiererfahrung (nicht notwendigerweise in C), die die Funktionalität von FLUENT erweitern wollen. Temperaturen in Gas (links) und Schüttung (rechts) nach 510 Sekunden