CFX Berlin - Flownex

Flownex® SE - CFD-Systemsimulation für Wärme- und Stofftransport

Flownex® SE ermittelt Druckverluste, Volumenströme und Wärmeübergänge für die verbundenen Elemente komplexer strömungs- und wärmetechnischer Systeme und Anlagen - sowohl stationär als auch transient. Die Flownex® SE-Software liefert dabei Ergebnisse für gasförmige und flüssige Medien, einphasige und mehrphasige Strömungen, Gas- oder Fluidgemische sowie schlammige und nicht-newtonsche Medien. Das Programm verfügt über eine integrierte Schnittstelle zu ANSYS Mechanical und zur ANSYS CFD Software, welche sowohl Datenaustausch als auch Co-Simulation ermöglicht. Diese Schnittstelle (API) unterstützt darüber hinaus auch Datenaustausch und Co-Simulation mit u. a. Excel, Mathcad, Matlab/Simulink und Labview.

Die Simulationsumgebung Flownex® SE erlaubt es Ingenieuren und Planern, schnell und effizient Simulationsmodelle für einfache und komplexe Rohrleitungssysteme inklusive Komponenten wie Ventilatoren, Pumpen, Wärmetauschern, Ventilen, Behältern und Brennkammern zu erstellen und extrem schnell zu berechnen. Systemkomponenten, Steuerung und Regelung können mit Hilfe von Flownex-Modellen optimal ausgelegt werden und das Systemverhalten sowie die Performance können für unterschiedliche Lastfälle stationär und dynamisch simuliert und bewertet werden. Schwachstellen im System können so schnell erkannt werden und erforderliche Modifikationen können virtuell geplant und getestet werden.

Flownex® SE wird bereits in vielen Industriebereichen dazu eingesetzt, System- und Prozessplanungsaufgaben erfolgreich zu lösen. Besondere Stärken der Software liegen in der Modelllierung von Turbomaschinen (z. B. Brennkammerkühlung, Schaufelkühlung), da hier spezielle Komponenten zur Berücksichtigung von rotierenden Bauteilen, Drallströmung, Verbrennung und Wärmetransport zur Verfügung stehen. Weitere typische Anwendungsbereiche für Flownex® SE sind die Sektoren Energieerzeugung, Frisch- und Abwassertechnik, Klima- und Lüftungstechnik, Bergbau, Öl- und Gasindustrie, Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugtechnik, Verfahrens- und Prozesstechnik und natürlich Universitäten und sonstige akademischen Einrichtungen. 

Vorteile von CFD-Systemsimulation mit Flownex® SE

Flownex® SE ermöglicht die Simulation von einfachen Teilsystemen und Komponenten bis hin zu kompletten Systemen und Anlagen, wie z.B. Lüftungs- und Wasserverteilungsnetzwerken, detaillierte Strömungen in Turbomaschinen bis hin zu kompletten thermodynamischen Kreisprozessen wie z.B. Rankine- und Brayton-Kreisprozesse (Rankine Cycle, Brayton Cycle).

Die gekoppelte Betrachtung von Strömungen, Wärmeübergängen, mechanischen und elektrischen Komponenten sowie Regelungssystemen mit Flownex® SE liefert eine vollständige und realitätsnahe Systemantwort. Dabei können in Flownex® SE auch komplexe Materialeigenschaften berücksichtigt werden. Dazu gehören einphasige- und mehrphasige Strömungen, Gas-Gas und Gas-Fluid-Gemische sowie Realgasmodelle.

Der effiziente schnelle Löser bietet Simulationsmöglichkeiten für stationäre, transiente und dynamische Analysen. Somit können in kürzester Zeit verschiedene Betriebsszenarien untersucht werden, Fehlerquellen gefunden und eliminiert werden. Automatisierte Design- und Optimierungsalgorithmen ermöglichen Parameterstudien und Sensitivitätsanalysen zur zielgerichteten Optimierung.

Flownex® SE bietet Schnittstellen zu den gängigsten wissenschaftlichen Softwarepaketen und erlaubt eine integrierte Co-Simulation mit Kopplung zu Excel, ANSYS Fluent und ANSYS CFX, ANSYS Mechanical, Matlab/Simulink, LabView sowie MathCad. Vorhandene Daten und Modelle und Regelalgorithmen können einfach weiterverarbeitet werden.

Die einfache und komfortable Benutzeroberfläche von Flownex® SE erlaubt einen schnellen und effizienten Modellaufbau. Systeme werden dabei aus Komponenten einer umfangreichen Flownex-eigenen Bibliothek zusammengestellt und konfiguriert und teils durch Komponenten externer Systeme ergänzt. Wenn erforderlich, können Komponenten auch durch den Benutzer individuell erstellt oder erweitert werden.

Video: Flownex® SE Introduction
Video: Flownex® SE Introduction

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Anwendungsgebiete und Fallstudien

Turbomaschinen

  • Gasturbinen
  • Radialverdichter
  • Flugzeugtriebwerke
  • Dampfturbinen

Anwendungsbeispiel Turbomaschinen

Energieerzeugungssysteme

  • Erneuerbare Energien (Windkraft, Photovoltaik),
  • Fossile Verbrennungsanlagen,
  • Kernkraft

Anwendungsbeispiel Energieerzeugung

Frisch- und Abwassertechnik

  • Wasserverteilung (Rohrleitungssysteme),
  • Pumpstationen,
  • Klärwerke,
  • Wasserbehandlungsanlagen

Klima- und Lüftungstechnik

  • Klimaanlagen,
  • Gefriersysteme,
  • Heizsysteme,
  • Belüftungsanlagen

Anwendungsbeispiel Klima- und Lüftungstechnik

Bergbau

  • Kühlwasserrückführung,
  • Belüftung,
  • Drucklufterzeugung,
  • Schlammverteilung

Anwendungsbeispiel Bergbau

Öl- und Gasindustrie

  • Verteilung (Pipelines, Rohrleitungen),
  • Erschließung von Fördergebieten,
  • Förder- und Veredelungsanlagen,
  • Erdölgewinnungsanlagen

Anwendungsbeispiel Gasindustrie

Luft- und Raumfahrt

  • Hydraulische und pneumatische Systeme,
  • Treibstoffregelung,
  • Antriebs- und Steuerungstechnik,
  • Klimatechnik (environmental control system)

Anwendungsbeispiel Luft- und Raumfahrt

Verfahrenstechnik

  • Verfahrensentwicklung und -optimierung,
  • Regelungstechnik
  • Prozessüberwachung und Sicherheit

Anwendungsbeispiel Verfahrenstechnik

Forschung und Entwicklung

  • innovative Produktideen
  • Machbarkeitsstudien
  • virtuelles Prototyping
  • Entwurf und Optimierung von Regelungsprinzipien
Video: Kühlkanäle in Turbomaschinen
Video: Kühlkanäle in Turbomaschinen
Kraftwerkstechnik für fossile Brennstoffe
Kraftwerkstechnik für fossile Brennstoffe
Gebäudeklimatisierung
Gebäudeklimatisierung
automatische Feuerlöschanlage (Sprinkler)
automatische Feuerlöschanlage (Sprinkler)
Lüftung und Drucklufterzeugung im Bergbau
Lüftung und Drucklufterzeugung im Bergbau
Gasturbinenverdichter
Gasturbinenverdichter
Abhitzedampferzeuger
Abhitzedampferzeuger
Turbinenbrennkammer - Analyse und Design
Turbinenbrennkammer - Analyse und Design

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Komponentenbibliotheken in Flownex® SE

Flownex® SE Basismodule bieten Komponenten wie z.B.:

  • Behälter und Reaktoren
  • Rohrleitungen und Verteiler
  • Pumpen
  • Lüfter
  • Kompressoren
  • Turbinen
  • Wärmetauscher
  • Ventile
  • Düsen
  • Strömungsmesser und Visualisierungselemente
  • Quellen und Senken
  • Brenner/Brennkammern
  • Wellen und Getriebe

Flownex® SE Steuerungs- und Regelungskomponenten beinhalten u.a.:

  • Regler (PID)
  • Filter
  • I/O Elemente
  • Mathematische Funktionen
  • Logikbausteine
  • Schalter
  • OPC
  • Wandler (A/D, D/A, integer/double)

Anwendungsbeispiel Regelungstechnik

Flownex® SE bietet auch folgende elektrische Komponenten:

  • Generatoren
  • Motoren
  • Transformatoren
  • Stromquellen
  • ohmsche Lasten

Flownex® SE bietet weiterhin die Möglichkeit für:

  • benutzerangepasste Komponenten
  • ANSYS-Kopplung
  • EES-Kopplung
  • Mathcad-Kopplung
  • LABview-Kopplung
Flownex® SE Base Components
Flownex® SE Base Components
Control Systems Library
Control Systems Library
Electrical Network Library
Electrical Network Library

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Kopplung mit ANSYS CFD und ANSYS Mechanical

Softwarepakete zur 1D-Systemsimulation zeichnen sich durch einfache Bedienung und sehr kurze Rechenzeiten aus. Jedoch treten bei komplexeren Systemen mitunter Komponenten auf, die in einem 1D-Systemsimulator nicht vollständig charakterisiert werden können. Dazu gehören z. B. Elemente mit komplexer 3D-Geometrie und stark nicht-linearem Strömungsverhalten bzw. Systeme, welche dreidimensionale Strömungsergebnisse als Eingabe benötigen.

In diesen Fällen ist es notwendig eine 3D-CFD-Simulation durchzuführen. Für ein komplettes System, bestehend aus vielen Elementen sind 3D-CFD Berechnungen allerdings zu zeit- und rechenaufwändig. Für diese Fälle ist eine hybride 1D-3D Simulation die ideale Lösung.

Flownex® SE kann direkt mit Komponenten in der ANSYS Workbench gekoppelt werden, was dem Benutzer ermöglicht,  z. B. Co-Simulationen mit ANSYS Fluent durchzuführen. Die 1-dimensionalen Strömungen werden von Flownex® SE gelöst, die 3-dimensionalen Strömungen werden in ANSYS CFD berechnet. Die Ergebnisse werden dabei in beide Richtungen als Randbedingungen übergeben.

Diese Funktionalität vereint die Vorteile aus beiden Welten und verkürzt Aufwand und Rechenzeiten erheblich, da der Großteil des Systems in Flownex® SE gelöst werden kann und die Ergebnisse gleichzeitig die hohe Genauigkeit einer 3D-Strömungssimulation beinhalten.

Flownex® SE bietet natürlich auch die Möglichkeit Modelle und 1D-Strömungsergebnisse an ANSYS Mechanical zu übergeben, um darauf aufbauend 3D-Strukturanalysen durchzuführen.

 

 

Simulation einer Serverraumklimatisierung
Simulation einer Serverraumklimatisierung
Thermische Spannungen in einem Motorblock
Thermische Spannungen in einem Motorblock

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