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CFD - Strömungssimulation

"Die numerische Strömungsmechanik, die auch unter der Abkürzung CFD (computational fluid dynamics) bekannt ist, ist eine etablierte Methode der Strömungsmechanik. Sie hat das Ziel, strömungsmechanische Probleme iterativ mit numerischen Methoden zu lösen (bspw. Gauss-Verfahren). Die verwendeten Strömungsgleichungen heißen Navier-Stokes-Gleichungen (Impuls- und Massenerhaltung). Durch Vereinfachungen und Annahmen ist es möglich vereinfachte Strömungsgleichungen wie der Potential- oder Eulergleichung zu erhalten. Die numerische Strömungsmechanik bietet eine kostengünstige Alternative zu Versuchsreichen (bspw. Windkanal-Versuche, Geometrieoptimierung) und ermöglicht es Strömungsparameter zu analysieren, die messtechnisch nicht messbar sind (turbulente kinetische Energie, Wirbelviskosität etc.)." Quelle: Numerische Strömungsmechanik - Ferziger, Joel H., Peric, Milovan, 2008

Beispiel: Simulation eines Zylinders in einer Strömung mit Kármánscher Wirbelstraße (Bildquelle)

zylinder.png

Diese Seite soll einen Überblick über die für Linux bzw. Ubuntu nativ verfügbaren Open-Source- Strömungssimulationsprogramme geben.

Arbeitsschritte

Die Bearbeitung von strömungstechnischen Problemen mithilfe der Strömungssimulation gliedert sich in vier Arbeitsschritte:

Arbeitsschritte
1. Vorbereitung 2. Preprocessing 3. Solving 4. Postprocessing
Erzeugung der "Fluid-Geometrie" in einem CAD-Programm Vernetzen (Meshing) der "Fluid-Geometrie" Definieren der Fluid- und Randbedingungen und Lösung mit Hilfe der Modellgleichungen Grafische Aufbereitung und Darstellung der Ergebnisse
Step-CAD.png Step-Mesh.png Step-Post.png

Die meisten Strömungssimulationsprogramme enthalten Solver und ein Postprocessing-Programm.

Preprocessing/Meshing

Preprocessing/Meshing
Programm Beschreibung Installation
Netgen 🇬🇧 3D-Vernetzungsprogramm mit vielen Import- und Exportformaten, gute Bedienbarkeit, leider schlecht Dokumentation der vielen Funktionen netgen (universe)
Gmsh 🇬🇧 3D-Vernetzungsprogramm, Bedienung "Mac-like" gmsh (universe)
Discretizer 🇬🇧 einfacher 3D-Geometriemodeller mit integrierter Vernetzungserstellung, auf die Weiterverarbeitung der Modelle mit Archiv/OpenFOAM optimiert, Bedienung sehr einfach Programmdownload ⮷, tgz-Archiv entpacken
Discretizer::Setup 🇬🇧 GUI für Archiv/OpenFOAM, Netzimport aus verschiedenen 3D-Vernetzungsprogrammen möglich Programmdownload ⮷, tgz-Archiv entpacken

Solving und Postprocessing

Solving und Postprocessing
Solver-Programm Post-Programm Beschreibung Installation
Elmer 🇬🇧 Elmer Post 🇬🇧 Eignet sich, um 2- oder 3-dimensionale Berechnungen durchzuführen. Bedienung durchgängig über GUI. elmer (universe)
Archiv/OpenFOAM Paraview 🇬🇧 Früher kommerzielles 2D und 3D Strömungssimulationsprogramm, seit 2005 Open Source. Mit umfangreicher Dokumentation. siehe Archiv/OpenFOAM
Fire Dynamics Simulator (FDS) 🇬🇧 Smokeview (SMV) 🇬🇧 Simulation von Bränden (siehe auch Archiv/FDS-SMV) Programmdownload ⮷, tgz-Archiv entpacken
Gerris 🇬🇧 - Solver zum Lösen von partiellen Differentialgleichungen gerris (universe)

Verwendung von Open-Source-Programmen

Arbeitsschritte unter Verwendung von Open-Source-Programmen
CAD Austauschformat Mesher Austauschformat Solving und Postprocessing
Salome STL Netgen netgenneutral OpenFOAM mit Paraview
Free-CAD STL Discretizer-Setup - (in Discretizer-Setup integriert) OpenFOAM mit Paraview
Discretizer - Discretizer - (in Discretizer integriert) OpenFOAM mit Paraview

  • CAELinux 🇬🇧 - Live-DVD mit viel Software für den CAD-, FEM- und CFD-Bereich

Diese Revision wurde am 22. September 2018 00:48 von ubot erstellt.
Die folgenden Schlagworte wurden dem Artikel zugewiesen: FEM, Forschung, Wissenschaft, Bildung