Endlich im Fluss

Die Strömungssimulation war in CATIA V5 bislang nicht verfügbar. Das hat jetzt ein Ende: Mit der neuen Software von NIKA kann der Entwickler entsprechende Berechnungen selbst durchführen.

Interne inkompressible Luftströmung in einem Abgaskatalysator. Bilder: NIKA » weitere Bilder in unserer Galerie

Software zum Product-Lifecycle-Management (PLM) enthält heute ein nahezu komplettes Angebot an Modulen für die unterschiedlichsten Simulationsaufgaben. Diese Komponenten entwickeln teilweise die Softwareanbieter direkt, oder spezialisierte Drittanbieter integrieren ihre neuesten Technologien in die entsprechende PLM-Plattform. Auch für das in der Automobilindustrie häufig eingesetzte CATIA V5 von Dassault Systèmes gibt es bereits zahlreiche Simulationsmodule. Das Angebot an technischer Berechnungssoftware war jedoch bis vor kurzem lückenhaft: Es fehlte ein Modul für die Simulation von Strömung, Wärme- und Stoffübertragung. Dabei basieren eine Vielzahl von Produkten und Komponenten auf diesen Vorgängen. Deren optimale Auslegung ist oft das entscheidende Alleinstellungsmerkmal. Inzwischen hat das Frankfurter Softwarehaus NIKA mit der neuen Anwendung EFD.V5 diese Lücke schließen können. Der Name steht für „Engineering Fluid Dynamics für CATIA V5“ und weist auf die Differenzierung zur traditionellen „Computational Fluid Dynamics“ (CFD)-Software hin. Umströmung eines Automobils: Gerade in der Automobil- industrie profitieren viele Produkte und Komponenten von strömungs- und wärmetechnischen Berechnungen. Bild: NIKA Komplexe Strömungsphysik Ohne Zweifel sind die Vorgänge der Strömung- und Wärmeübertragung erheblich schwieriger zu verstehen und schlechter zugänglich als beispielsweise Berechnungen zur Festigkeit oder Deformation. Sie sind sehr komplex, entsprechend aufwändig sind die mathematischen Gleichungssysteme für die Simulation. Da sind schon ausgefeilte Techniken notwendig, um in der Praxis hochwertige Ergebnisse zu erzielen. Der EFD-Ansatz umfasst deshalb alle technischen Elemente für günstige prozessorientierte Strömungssimulationen als integralen Bestandteil der digitalen Produktentwicklung. Funktionsreduzierte Varianten herkömmlicher CFD-Programme mit formaler Anbindung an ein CAD-System sind demnach keine Alternative. Die Software soll es dem Entwicklungsingenieur ermöglichen, sich einzig und allein auf seine technisch-physikalische Aufgabe zu konzentrieren. Die Routinearbeiten eines Simulations- projekts sollten daher automatisiert ablaufen und alle Tätigkeiten, die fachfremdes Spezial- wissen erfordern würden, auf ein Minimum sinken. Markus Bittcher von TRW Automotive Electronics and Components hat bereits erste Erfahrungen mit der Software gemacht und stellt fest: „Ich bin Benutzer des Programms und nicht sein Sklave.“

Entwicklung und Berechnung an einem Tisch Ingenieurtechnische Berechnungen wie Strömungssimulationen werden heute in der Regel in speziellen Berechnungsab- teilungen durchgeführt, die organisa- torisch und oft auch wirtschaftlich von der Entwicklung und Konstruktion getrennt sind. Anders bei der PLM-Strategie: Hier teilen sich die Mitarbeiter aus der Entwicklung und aus der Berechnung die Aufgaben je nach Umfang und Kom- plexität. Da passt es sehr gut, dass der Entwickler mit dem neuen EFD-Tool von NIKA jetzt an seinem PLM-Arbeitsplatz Strömungsberechnungen durchführen kann. So fließen die neuen Erkenntnisse an der richtigen Stelle und zum richtigen Zeitpunkt in die Entwicklung ein.

Enormes Produktivitätspotenzial Die Ergebnisse der Simulationen zur Strömung und Wärmeübertragung mit EFD.V5 bieten immer ein vollständiges Abbild der strömungsphysikalischen Vorgänge. Sie schließen auch Größen ein wie Fluidgeschwindigkeiten, Drücke, Temperaturen, Volumen- und Massenströme oder Kräfte und Momente auf Bauteile. Der Ingenieur erhält also ein umfassendes räumliches Verständnis für die Strömungsverhältnisse im betreffenden Bauteil oder in der Baugruppe. Er kann sich virtuell in den Strömungsraum hineinbewegen und kritische Bereiche visuell am CAD-Modell auswerten. Diese Möglichkeiten bieten ein enormes Produktivitätspotenzial: für die Entscheidungsfindung in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses ebenso wie für die Vorauswahl von Konstruktions- varianten oder für den Nachweis der physikalisch-technischen Funktionsfähigkeit des gewählten Designs. Die Einsatzgebiete für EFD.V5 sind vielfältig. Nach Angaben von NIKA gibt es praktisch nur eine Begrenzung für die Komplexität der zu untersuchenden Konstruktion: die zur Verfügung stehenden Computerressourcen. Das Programm gibt es ab 19.500 Euro. Typische Einsatzgebiete im Automobilbau sind beispielsweise Kühlungsaufgaben im Antriebs- strang, die Gestaltung von Ansaug- und Abgassystemen, die Optimierung der An- und Durch- strömung von Katalysatoren sowie die Auslegung von Klimaanlagen und deren Komponenten. Weiterhin kommt die Strömungssimulation zur Anwendung bei der Dimensionierung und Optimierung von Filtern, Ventilen, Wärmetauschern, aber auch im Zuge von Grundlagenunter- suchungen für alternative Technologien wie die Brennstoffzelle.