CFD Simulering

Hvad er det nye?

Simulering via Computational Fluid Dynamics (CFD) – også kalder CFD simulering – er ikke noget nyt, men tilgængeligheden af kraftig computerkraft, der ikke koster en bondegård, har de senere år gjort det langt mere udbredt at benytte CFD simuleringer til eksempelvis produktudvikling – både til konceptuelt design, optimering og troubleshooting.

Hvorfor?

CFD simulering bruges til at forudsige flowets bevægelser, temperaturfordelingen eller trykfaldet i en komponent (fx i rør, ventiler eller varmevekslerplader) eller i et system (spray tørringsanlæg, motorrum i en bil eller ventilationssystem i en bygning).

Fordelen ved CFD er eksempelvis at ændringer i komponenter eller anlæg kan testes inden den fysiske ændring foretages, hvilke ofte kan minimere produktionstab, implementeringstid og omkostninger.

Hvordan?

Det første og måske vigtigste skridt er altid at definere hensigten med simuleringen. Herefter optegnes og klargøres geometrien, som oftest er i 3D, men også kan være i 2D. Herefter angives fluidens/fluidernes egenskaber som eksempelvis densitet, viskositet og strømningshastighed. I mere advancerede simuleringer kan der indgå flere fluider (fx luft og vand) eller granulater.

Når der er styr på fluid egenskaberne og geometrien er næste skridt at lave et mesh, dvs. inddele domænet i en masse små celler. Herefter kan simuleringen køres og resultaerne (fx tryk eller hastighed) databehandles og angives ofte i visuelt appelerende farver – fx direkte på meshet eller i form af strømlinjer – begge angivelser kan ses nedenfor.

CFD Simulering - strømlinjer og mesh

Man kan også animere resultaterne som ofte giver en god fornemmelse af, hvad der foregår i virkeligheden – se eksempelvis Case – Simulering Af Renrumsventilation, hvor partikler og temperatur fordelingen i et renrm er simuleret.

Hvad?

CFD bruges i mange forskellige industrier fra process- og fødevareindustrien til bygge- og bilindustrien. Eksemplerne på anvendelse er derfor mange, og her er nogle stykker:

  • Design og optimering af komponenter (fx ventiler, varmevekslere etc.)
  • Design og optimering af process systemer (fx tryktab, energiforbrug, kapacitet)
  • Kvalificeing af komponenter (fx eftervisning af holdbarhed, kapacitet)
  • Udmattelses ved fluid-struktur-interaktion (fx i rør og komponenter)
  • Køling af elektriske komponenter
  • Systematisk problemløsning (simulering af luftpartikler fx i renrum) 
  • Analyse af membranfiltre til bestemmelse af fordeling/belastning på filtre i gruppe af filtre
  • Design og optimering af ventiler
  • Design af plade til varmeveksler (nyt udstyr)
  • Optimering af eksisterende varmeveksler (eksisterende udstyr)
  • Køling/frysning/opvarmning af væsker
  • Optimering af procesanlæg (trykfald, energiforbrug, kapacitet)
  • Godkendelse fra Lægemiddelstyrelsen på baggrund af temperatursimulering i lagerhal.
  • Godkendelse af luftudskiftning i renrum
  • A/B split testing af ventilationsdesign i bygninger
  • Analyser af NSHEV (Natural smoke and heat exhaust ventilators) for bygninger, der ikke kan opfylde normkravet til free flow areal.
  • Termiske Analyser (Varmeledning og stråling)
  • Simulering af partikler og dråber (f.eks. partikelopholdstid, partikelbaner, partikelaflejring)

CFD bliver mere og mere udbredt og i fremtiden vil langt flere virksomheder få øjnene op, for de fordele forudsigelser med CFD kan give.