Auslegung & Simulation von Pumpen, Ventilatoren, Verdichtern. Fyrabig Info AFC Engineering Februar 2010

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1 Auslegung & Simulation von Pumpen, Ventilatoren, Verdichtern Fyrabig Info AFC Engineering Februar 2010

2 AFC Fyrabig Info Kennenlernen von AFC - Know-How & Dienstleistungen - Mitarbeiter Neuigkeiten bei AFC Kontaktpflege, Geselligkeit, Austausch & Networking In regelmässigen Abständen (alle 2 Monate) Jeweils in Zürich und Bern Programm & Daten auf Heute: Auslegung & Simulation von Pumpen, Ventilatoren, Verdichtern Apero und Diskussion 2

3 Über AFC 3

4 1. Fyrabig Info: AFC Engineering Thema: Anwendungen der Crash- und Explosionssimulationen 4

5 2. Fyrabig Info: AFC Contaminant Control Thema: Thermal Assessment in Data Center - Kühlung Raum, Schrank und Komponenten wie Racks und Relai - Simulation CFD für Strömungen Luft + Flüssigkeiten - Optimierung Energieverbrauch und Kosten 5

6 3. Fyrabig Info: AFC Bauklimatik Thema: GEAK Gebäudeenergieauweis der Kantone - Label mit verschiedenen Klassen - Vor Ort Untersuchung (ähnlich vereinfachtem wärmetechnischem Nachweis) - Untersuchung Gebäudehülle, Energieträger - Simulationen CFD für z.b. Solareinträge - ab 2011 Bedarf Gesamtenergie für Kühlung + Heizen - Projekt subventioniert - EFH Schulbauten (+einfache Verwaltungsbauten) 6

7 4. Fyrabig Info: AFC Brandschutz Thema: Kostenoptimierte Brandschutzplanung und Entrauchung - Personenschutz - Betriebssicherheit - Gebäudeschutz, Sachwertschutz, Kulturgüterschutz je nach Nutzung 7

8 AFC Engineering Produktentwicklung Simulationen CAE Computer Aided Engineering Messungen 8

9 Warum CAE im Entwicklungsprozess? Klassischer Entwicklungsprozess: viele Prototypen notwendig zur Designoptimierung - trial and error - zeitaufändig - kostenintensiv Pflichtenheft Entwicklungsprozess mit CAE: reduzierte Anzahl Prototypen - Information über physikalische Vorgänge - schnelle Variantenstudie - günstig Pflichtenheft Design Studien Prototyp Design Studien CAE-Simulation Virtueller Prototyp Iteration Iteration Test Iteration Prototype Test Optimierung Optimierung 9

10 Strömungsmechanik CFD Temperaturfeld Multiphysik mechanik Strukturmechanik CAE Elektromagnetik Strömungs- 10

11 CFturbo CFturbo: - Entwurfsprogramm zum Auslegen von Pumpen, Gebläsen, Ventilatoren, Verdichtern, Turbinen und Abgasturboladern AFC seit 2009 Vetriebspartner für CFturbo in der Schweiz Anbieter für Dienstleistungen für Anwendungen CFturbo und CFD 11

12 Fragen und Diskussion 12

13 Weitere Veranstaltung Fyrabig Infos - Brandschutz: 12./13./20. April 2010 Zürich/Sachseln/Bern Tipps und Tricks zu Entrauchungskonzepten - Bauklimatik: Doppelfassaden 1./2. Juni 2010 Zürich/Bern - Contaminant Control Sept Zürich/Bern - Brandschutz Nov Zürich/Bern Seminare und Konferenzen - 6. HLK-Planer Seminar Horw - Brandschutz in historischen Gebäuden St. Gallen Infos: 13

14 Turbomachinery Design Software and Engineering page 1/25

15 Überblick CFturbo Software & Engineering GmbH -seitmärz 2008 Ausgründung aus der Firma CFDnetwork Engineering mit Hauptsitz in München (gegründet 1993) Hauptsitz: Unterer Kreuzweg 1, Dresden Büro München: Bismarckstraße 2, München Derzeit 10 Mitarbeiter Anbieter für umfassende CAE-Dienstleistungen und Software auf dem Gebiet der Turbomaschinen page 2/25

16 Geschäftsfelder CFturbo Software & Engineering GmbH CFturbo Software & Engineering GmbH ❶CFturbo Softwareprodukt Design-Software für Turbomaschinen Vertrieb Schulungen Customizing ❷ Simulation CAE-Consulting Auslegung u. Entwurf von Turbomaschinen CAE/CFD/FEM, Optimierung Konstruktion und Prototypenbau ❸ Ingenieur-Software kundenspezifisch Softwareentwicklung im Kundenauftrag - Schwerpunkt MCAE Neuentwicklung bzw. Portierung vorhandener Programme page 3/25

17 CFturbo Softwareprodukt Ursprung an der Technischen Universität Dresden Professionelle Programmentwicklung seit 2003 Vermarktung seit 2005 ~ 50Kundenweltweit Verfügbare Module: Pumpen Ventilatoren Verdichter Turbinen Spiralgehäuse Radial-und Halb-axial page 4/25

18 Entwicklungsprozess Turbomaschinen Netzgenerierung ICEM CFD, TurboGrid, Gambit, Pointwise, CFD/FEM-Simulation ANSYS-CFX, Workbench CCM+, FineTurbo, Auslegung, Entwurf CFturbo Nachrechnung/Optimierung: interaktiv oder automatisch Produktion Neu! IMPORT CAD CAD Catia, SolidWorks, UG NX, ProE, BladeGen, Experiment Rapid Prototyping, Validierung page 5/25

19 CFturbo Auslegung und Entwurf von Turbomaschinen Auslegungs-/ Betriebspunkt Q, p, n,, Stoffwerte Eintrittsbedingungen Fundamentale Gleichungen Eulerglg. d. Turbomaschinen, Kontinuitätsgleichung, Impulssatz, Referenzgeometrie - Elemente aus CFturbo CFturbo CFturbo Neue und verbesserte 3D-Geometrie Empirische Funktionen Allgemein zugängiges Wissen, Firmen-eigenes Know-How Existierende Geometrie- Elemente (von extern) page 6/25

20 Direkt-Schnittstellen zu CFD-Systemen Netzgenerierung ANSA, Pointwise Gridgen ANSA, Pointwise Gridgen CFD-Simulation ANSYS-CFX, Fluent Open Foam, Star CD Turbomachinery Design CFturbo ANSYS ICEM-CFD, TurboGrid, Workbench Conecpts NREC, AxCent Conecpts NREC, AxCent ANSYS-CFX, Fluent ANSYS-CFX, Fluent CN Pushbutton CFD CN Pushbutton CFD Numeca AutoGrid, Numeca IGG, Hexpress Numeca FINE/Turbo Numeca FINE/Turbo Integrated systems STAR CCM+, CFdesign, PumpLinx page 7/25

21 CFturbo Besonderheiten Exzellenter Bedienungskomfort Offenes, adaptierbares System Sehr gute CAE-Integrationsfähigkeit der Entwürfe Möglichkeit zur vollständigen Automatisierung der Entwurfs-und Optimierungsprozesse (Batch-Processing) Ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis page 8/25

22 CFturbo -Ständige Weiterentwicklung Import von CAD-Modellen (Flächen und Solids), um Referenzgeometrien abzuleiten und zu nutzen Export von CAD-Solids, für fortschrittlichen Geometrietransfer und sicheres, automatisches Vernetzen Komfortable Eingabe von experimentellen Daten (Datenbank), zur Erweiterung der empirischen Basis Verbesserte Kennfeldschätzung und interpolation mittel neuronaler Netze Neue Software-Modules: -Vollständige Freiform-Geometrien für Spiralgehäuse, Doppelspiralen (2010) - Stage design -Mehrstufige radiale und halb-axiale Turbomaschinen, Rückführkanäle und beschaufelte Diffusoren (2011) - Axiale Laufräder für Pumpen&Ventilatoren, Vorsatzläufer (2012) Vollautomatische Vernetzung von Fluid undsolid-domains Umfassendes Batch-Processing von zur Kennfeldsimulation Gemeinsame Entwicklungsprojekte mit Kunden (Sponsoring) page 9/25

23 CFturbo und ANSYS CFX Beispiele Kühlmittel-Pumpe PKW Kehrmaschinen-Gebläse ATL-Turbine ATL-Verdichter page 10/25

24 Example 1- Automotive Coolant Pump (I) Impeller Redesign Baseline geometry Variation nb. 7 page 11/25

25 Example 1- Automotive Coolant Pump (II) Impeller Redesign Baseline geometry Variation nb.7 Improvement of Hydraulic Efficiency: h hyd =45 % to 71 % page 12/25

26 Example 2 Vacuum Cleaning Machine (I) All new Blower Design Blower Area Blower Area Inlet 1st step: Accurate pressure loss computation page 13/25

27 Example 2 Vacuum Cleaning Machine (II) All new Blower Design Impeller & Volute Design 2nd step: Turbomachinery component design page 14/25

28 Example 2 Vacuum Cleaning Machine (II) All new Blower Design -Grid 3rd step - Fully Automated Meshing page 15/25

29 Example 2 Vacuum Cleaning Machine (III) All new Blower Design -Results 4th step Simulation: high aerodynamic efficiency, low speed >> LOW NOISE! page 16/25

30 Example 3 Radial Turbine Design & Simulation (I) Blade profiles Distribution of blade thickness After Pressing OK page 17/25

31 Example 3 Turbine Design & Simulation (II) page 18/25

32 Example 3 Turbine Design & Simulation (III) page 19/25

33 Example 4 Compressor Design & Simulation (I) page 20/25

34 Example 4 Compressor Design & Simulation (II) 2.8 nredv = * 103 min hisv = Die genaue Vorhersage der Pumpgrenze bleibt (immer noch) problematisch - wegen transienter Vorgänge in der Strömungsmaschine und der Wirkung der Randbedingungen! page 21/25

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