CFD in KMU Swiss VPE Symposium 2012

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Catharina Gärtner
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1 Institut für Energietechnik CFD in KMU Swiss VPE Symposium 2012 Rapperswil, 19. April 2012

2 Strömungen in der Technik CFD wird seit langem von Grosskonzernen genutzt Spezielle Computerumgebungen (Linux) Eigene Programme Sehr spezialisierte Experten Auch in KMUs stellen sich Strömungsprobleme instationär Mehrphasenströmungen Fluid-Festkörper-Interaktion periodisch Blasen Oberfläche Sägemehl Transsonisch Sand Öltropfen Tropfen 2

KMUs stellen sich Strömungsprobleme instationär Mehrphasenströmungen

3 Strömungen in der Technik Quelle: Diplomarbeit Stephan Kämpf, Dezember

4 Warum CFD für KMU? "Röntgenblick", Man sieht die Strömung qualitativ im eigenen Produkt, wie man sie noch nie gesehen hat. Inspirationsquelle Zugang zu quantitativen Daten, die nicht oder nur sehr aufwändig zu messen sind. Produktverbesserungen dank CFD Simulation Quelle: Diplomarbeit Stephan Kämpf, Dezember

5 Komplexität von Strömungen 3-dimensional mit fraktale Symmetrien Strukturen ohne Symmetrien Komplexität von CFD 2-dimensional 1-dimensional rotationssymmetrisch Potentialströmung inkompressibel laminar turbulent kompressibel laminar turbulent transsonisch 5

1-dimensional rotationssymmetrisch Potentialströmung

6 Komplexität von Strömungen eine Phase Staub Bläschen Sand Blasen Mehrere Phasen flüssige Oberfläche Kavitation Verbrennung Schaum Komplexität von CFD stationär periodisch instationäre Strömung instationäre Geometrie fluid solid Interaction 6

Verbrennung Schaum Komplexität von CFD stationär periodisch

7 State of the Art Modellierung Wirklich einfache Problemstellungen sind selten. Modellierung ist aufwändig. CFD Simulation muss validiert werden. Ich bin skeptisch gegenüber Systemsimulation, insbesondere für KMUs. Kombination mit analytischen Modellen ist wichtig. 7

8 State of the Art CFD Codes: ANSYS ist der einzige, benutzerfreundliche CFD-Code, der heute in der Schweiz erhältlich ist. MSC ist dabei, mit XFlow ein interessantes Produkt zu lancieren, das in der Schweiz noch nicht erhältlich ist. OpenFoam ist eine sehr gute CFD Software, keine Lizenzkosten, läuft auf Linux, keine grafische Benutzeroberfläche, Arbeiten für Windows und eine grafische Benutzeroberfläche laufen. In CAD-Systemen integrierte CFD Codes sind nicht ernst zu nehmen. 8

OpenFoam ist eine sehr gute CFD Software, keine Lizenzkosten, läuft auf Linux, keine grafische Benutzeroberfläche,

9 Aufwand für KMU Innovation als Nebenbeschäftigung ist auch mit CFD unmöglich. CFD: ANSYS OpenFoam Anfangsinvestition in Software: 40'000 CHF 0 CHF Hardware: 10'000 CHF 10'000 CHF Ausbildung: 6'000 CHF 1) 0 CHF Total: 56'000 CHF 10'000 CHF Jährlich wiederkehrend Software: 8'000 CHF 0 CHF Hardware: 4'000 CHF 4'000 CHF Mitarbeiter: 50'000 CHF 2) 100'000 CHF 3) Total: 62'000 CHF 104'000 CHF 1) ANSYS: Ausbildung 2 Mitarbeiter für je 2 Wochen plus Aufsetzen der Konfiguration 2) ANSYS: 2 Mitarbeiter für je 20% 3) OpenFoam: 1 Mitarbeiter Vollzeit. (Als Alternative Teilzeitmitarbeiter oder Teilen eines Mitarbeiters mit einer anderen Firma). Hohe Anfangsinvestitionen mit ANSYS Einbindung von OpenFoam in KMU ist schwieriger als bei ANSYS. 9

Software: 8'000 CHF 0 CHF Hardware: 4'000 CHF 4'000 CHF Mitarbeiter: 50'000 CHF 2) 100'000 CHF 3) Total: 62'000 CHF 104'000 CHF 1) ANSYS: Ausbildung 2 Mitarbeiter für je 2 Wochen plus

10 Aufwand für KMU Auftrag an Dritte: Suchen Sie sich einen Partner und keinen Abarbeiter. Analyse ist mindestens so wichtig wie Simulation. Neuer Einblick in Ihr Produkt. Technischer Input von Externen. Aufwand: 10'000 CHF für eine einfache Problemstellung Im Rahmen von KTI-Projekten Förderung durch den Bund möglich 10

Neuer Einblick in Ihr Produkt. Technischer Input von Externen.

11 Aufwand für KMU Studienarbeiten: Beginn jeweils September und Februar. Unsicher bis zur ersten Semesterwoche, ob die Studienarbeit stattfindet. Keine Kosten Ergebnisse dürfen nicht kommerziell verwendet werden. 11

12 Fazit CFD Ermöglicht auch KMUs interessante Einblicke in ihre Produkte Ist ein interessantes Hilfsmittel für Produktverbesserungen und Neuentwicklungen Selber CFD-Kapazität zu haben kostet ca. 70'000 CHF pro Jahr und muss durch eine entsprechende Wertschöpfung gerechtfertigt sein. Auftrag an Dritte bedingt Partnerschaft KTI-Projekte und Studienarbeiten 12

13 Microsoft Innovation Center for Technical Computing Microsoft Innovation Center for Technical Computing Rapperswil HSR ist Microsoft-Partner im Bereich Technical Computing in Europa Aktivitäten Betrieb einer HPC-Infrastruktur an der HSR für Forschung und Lehre. Auf Windows HPC Server 2008 basierend. 3 Workstations mit je 12 Kernen und 48 GB RAM Cluster mit 396 Kernen (4 TFlops) und 864 GByte RAM Zugang zur Infrastruktur für Externe über Remote Zugriff Consulting für externe Kunden im Bereich HPC: Software + Hardware Software-Entwicklung 13

Lehre. Auf Windows HPC Server 2008 basierend.

14 Institut für Energietechnik 14

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