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Engineering- und

Software-Lösungen

für CFD und FEA

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Unsere Produkte > Filtration und FSI CFD-Tools

Für die gezielte Modellierung von

• Filteranwendungen und
• Strahlzerfall und Sprayausbreitung

hat DHCAE Tools, basierend auf der renommierten CFD-Toolbox OpenFOAM®, Erweiterungen für einen komfortablen und professionellen Einsatz von Open Source-Lösertechnologie in einem industriellen Umfeld geschaffen.

Modellierung von Filteranwendungen

Bereits in der Entwicklung von Filterelementen oder einer Filteranlage kann die Anströmung an den Filter optimiert werden. Dies führt zu einer

• höheren Filtereffizienz,
• besseren Ausnutzung des Filtermaterials und
• energetischen Prozessoptimerung durch einen geringeren Druckverlust.

Ihr Nutzen aus der Filtermodellierung

Modellierungsansatz

Die verwendete Modellierung beruht auf einem sogenannten Euler-Lagrangeschen Ansatz, der die kontinuierliche Strömung und die dispergierten Feststoffpartikel berücksichtigt. In dem Berechnungstool wird insbesondere die Rückwirkung der Partikel am Filter auf die Strömung, wie z.B. eine fortlaufende Verlagerung der Strömung in Zonen niedrigeren Widerstands, berücksichtigt.

Zwei Ansätze stehen zur Verfügung:

• Die Makroskalenmodellierung für eine effiziente Simulation von Mehrfilter-Konfigurationen wie Filteranlagen zur Staubabscheidung mit einer Vielzahl von Elementen und
• die neue Mesoskalenmodellierung mit Auflösung von Filterkuchen und Ablagerung im Filtermedium sowie vielfältiger Modellauswahl für die Widerstandsberechnung, Porosität und Abscheidung.

Zum Arbeiten mit dem Filtersolver stehen dem Anwender zwei Möglichkeiten zur Verfügung:

• Das textfile-basierte Arbeiten, wie unter OpenFOAM® üblich. Diese Arbeitsweise eignet sich für erfahrene OpenFOAM®-Anwender, oder wenn Sie bereits einen CFD-Workflow für OpenFOAM® in Ihrem Unternehmen integriert haben.

• Alternativ können Sie Ihren Filterberechnungsfall in CastNet definieren. Durch gezielte Anpassungen und Erweiterungen von OpenFOAM® für Filteranwendungen wurde von DHCAE Tools ein kosteneffizientes, zuverlässiges und stabiles Auslegungswerkzeug für die Filterindustrie geschaffen.

Modellierung für Filteranwendungen

Die Modellierung für Filteranwendungen wird dem Anwender besonders einfach gemacht:

• Die Filterflächen können direkt im CAD-Modell angewählt werden.
• Die Definition der Filterparameter und der Lösungseigenschaften in der Kopplung der Partikel mit der kontinuierlichen Phase wird direkt im GUI vorgenommen.
• Durch vorgefertigte oder eigenerstellte Templates ist der Simulationsfall mit wenigen Klicks definiert.
• Der gesamte Prozess mit allen Ausgabedateien ist in den automatischen Workflow integriert.

Support und Anpassung inklusive

In das Paket für den Filtersolver ist immer ein Support- und Anpassungspaket eingeschlossen. Hiermit passen wir die Lösungsmöglichkeiten des Tools an Ihre speziellen Bedürfnisse an. Sollten Sie z.B. eine spezielle Form der Beladungs-Charakteristik für Ihre Filter benötigen, wird diese unmittelbar von uns umgesetzt. Auch unterstützen wir Sie in der Anwendung des Solvers.

Eine Testumgebung steht für Sie bereit:

Für einen Test der Filtersimulation steht Ihnen eine komfortable Testumgebung mit Beispielen über das Internet zur Verfügung. Hier können Sie auch Ihre Filteranwendung direkt testen und abschätzen, welche Hardwareressourcen später für Sie erforderlich sein werden.

Initialer Zerfall -VoF mit adaptiven Gittern

Bei Zerfallsvorgängen von Flüssigkeiten bilden sich von einem Injektor ausgehend erst Oberflächenwellen aus, aus  denen größere, weitgehend abgetrennte Flüssigkeitsbereiche (Ligamente) entstehen, die dann in kleinere Partikel zerfallen. Beim initialen Zerwellen und der Ligamentbildung in der Flüssigkeit muss diese Struktur im numerischen Gitter genau auflöst werden. Nur dadurch wird das entscheidende Wechselspiel von viskosen Kräften, sowie Oberflächen- und Trägheitskräften wiedergegeben. Dies geschieht besonders effizient mit der Volume of Fluid Methode (VoF) unter Verwendung eines adaptiven Gitterrefinements um die Flüssigkeitsbereiche.

Löser für Strahlzerfalls- und Sprühvorgänge mit Sprayausbreitung

Übergangsmodellierung VoF zu Lagrange

DHCAE hat die Berechnungsmethoden von OpenFOAM umfangreich erweitert, um eine Umwandlung von zerfallenden Flüssigkeitsbereichen (VoF-Methode) in eine diskrete Partikelbeschreibung zu realisieren. Dies ermöglicht eine geschlossene Modellierung von

• Zerstäubungsprozessen (Ein- oder Zweistoffzerstäubung),
• Sprühvorgängen
• Injektionsanwendungen
• Allgemeinen Zerfallsvorgängen von Flüssigkeitsstrahlen in kleine Tropfen

Die Umsetzung zeichnet sich hierbei durch

• eine hohe Genauigkeit z.B. in Bezug auf die übertragenen Kräfte oder Erhaltungsgrößen,
• eine besonders recheneffiziente Realisierung für Gitterrefinement und Partikeltransport durch spezielle Partitionierungsverfahren und hohen Parallelisierungsgrad sowie
• stabile und zuverlässige Berechnungsverläufe mit umfangreichem Monitoring (z.B. Partikelgrößen, Sprühwinkel etc.) aus.

Makromodellierung: Partikelverteilung auf Filterfläche bei einem Wasserfilter

Makromodellierung: Filteranlage zur Luftreinhaltung

Meso-Modellierung mit Filterkuchenmodell

    PDF-Beschreibung                              Video                                     

Aktuelle Veröffentlichungen zu Filteranwendungen:

Ulrich Heck, Martin Becker

Ständig im Fluss: Strömungsverlagerung an Filter, CIT Plus, Okt 2016, pdf-Dokument

Ulrich Heck, Martin Becker

Customized solvers optimize filtration device design, Filtration and Separation Oct 2016, pdf-Dokument

Makro-Modellierung

    PDF-Beschreibung                              Video                                     Webinar

Ulrich Heck, Martin Becker

Macroscopic filter modelling based on computational fluid dynamics (CFD)

FILTECH-Conference 2018, Powerpoint

Ulrich Heck, Martin Becker

Multi-scale filtration process modelling based on Euler-Lagrange approaches including fluid-structure interactions

Nafems Konferenz Bamberg, 2018, pdf

Mesoskalenmodellierung: Partikelablagerung im Filtermedium und Kuchenbildung auf der Anströmseite eines plissierten Filters

Makromodellierung: Staubfilteranlage zur Luftreinhaltung mit mehr als 1000 Elementen

Ulrich Heck, Martin Becker

A flexible approach for meso-scale filtration modelling based on Open-Source CFD, FILTECH-Konferenz 2019, pdf-Paper

Realistische Vorhersage von Tropfenverteilungen

Eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment wurde z.B. im Fuel-Injection-Benchmark erzielt. Klicken Sie auf das Bild unten um die Partikelgrößen in Ebenen bei verschiedenen Abständen vom Injektionsbereich zu vergleichen.

Ulrich Heck, Martin Becker

CFD modelling of a bag filter plant for flue gas cleaning under consideration of flow shift and particle deposition relocations FILTECH-Konferenz 2022, pdf-Paper

Übergang von VoF-Bereichen (rot) zu Lagrangeschen Partikeln (grün) bei der Einstoffzerstäubung aus einer Dralldüse

Interaktion von Ligamenten und Hochgeschwindigkeits-Gasstrahlen bei der Zweistoffzerstäubung

Adaptive Gitter und Partikelwolke beim Fuel-Injection Benchmark -Bitte auf Bild klicken

Vergleich Simulation-Experiment Fuel-Injection Benchmark

Bitte auf Bild klicken

Sprayausbreitung-Lagrangesche Betrachtung

Haben sich dann viele kleine sphärische Tropfen gebildet, ist es meist rechentechnisch unmöglich, jeden Einzeltropfen durch mehrere Gitterzellen aufzulösen, um die Sprayausbreitung zu modellieren. Hierzu wurde ein Übergangsmodell von VoF zu Lagrangeschen Partikeln geschaffen, um den Gesamtvorgang vom Zerfall der Flüssigkeit bis zur Sprayausbreitung durchgehend zu modellieren.

Aktuelle Veröffentlichungen:

Artikel zur Zerstäubungsmodellierung:

„Trends in der Mehrphasensimulation“ – aus CITplus 9/2023

Übergangsmodell von der VOF Methode zu Lagrangescher Betrachtung für Strahlzerfalls-Modellierungen, Ulrich Heck, Martin Becker, Nafems-Konferenz-Bamberg 2022, pdf-Dokument

Flyer