AutoBlade™ ist ein parametrischer Modellierer mit Fokus auf Turbomaschinen. Für die einzelnen Strömungsmaschinen und Geometriefeatures stehen vielfältige vordefinierte Modelle zur Verfügung. Somit ist eine schnelle und benutzerfreundliche Parametrierung sichergestellt. Die Definition von geometrischen Abhängigkeiten und funktionsgesteuerten Parametern erweitern das Anwendungsspektrum noch einmal deutlich.

Mit Hilfe des weitentwickelten Fitting Moduls werden bestehende Geometrien mit wenigen Klicks von verschiedenen CAD Formaten in ein parametrisches Model überführt. Dieses kann im hauseigenen Optimierer FINE™/Design3D oder über verschiedene Exportschnittstellen weiterverarbeitet werden.

• Parametrierung komplexer Schaufelgeometrien inklusive Strömungskanal
• 3D Schaufeldefinition auf frei definierbaren Sektionen/Schnitten
• Nicht-achsensymmetrische Naben und Gehäusekontur
• Optionale Gewährleistung der Flankenfräsbarkeit (Ruled Surfaces)
• Abhängigkeiten zwischen Parametern
• Funktionsbasierte Parametrierung
• Analysefunktionen für Schaufelgeometrie und meridional Kontur
• Fitting Modul zur automatischen Parameterfindung und -anpassung

Die Berechnung von Fahrwiderständen bei sowohl ruhiger See als auch bei Seegang ist eine der klassischen Anwendungen für numerische Verfahren im Schiffbau. FINE™/Marine ist hier für viele Fälle validiert worden und die gewonnenen Erfahrungen flossen direkt in die Entwicklung des C-Wizard ein. Dieses Helferlein liefert das komplette CFD Setup inklusive Geometrie-Vernetzung und reduziert somit den Aufwand für den Schiffbauingenieur auf ein absolutes Minimum. Der C-Wizard macht sich dabei der Steuerung des FINE™/Marine Pakets per Python zunutze und bietet zurzeit die komplette CFD-Kette für:

• Widerstandsrechnung
• Seegangs-Simulation
• Propellerberechnung
• Gleitrümpfe

Für eine CFD Simulation werden nur die zu untersuchende Geometrie sowie einige physikalische Größen wie die Fahrgeschwindigkeit benötigt; alle numerischen Parameter werden vom C-Wizard basierend auf einer Fülle an Referenzfällen gesetzt. Ein FINE™/Marine-Nutzer kann sich somit voll und ganz auf seine Arbeit, die Bewertung der CFD Ergebnisse, konzentrieren.

• Vollautomatische Vernetzung und CFD Simulation für Widerstands-, Seegangs- und Propellerberechnung, inklusive Definition von Anfahrtsrampen und der einzigartigen adaptiven Netzverfeinerung (AGR)
• Basierend auf Erfahrungswerten für eine Vielzahl von Anwendungen
• Größtmögliche Vereinfachung des CFD-Prozesses
• Lediglich Vorgabe der physikalischen Randbedingungen wie Geschwindigkeiten, Fluideigenschaften und äußere Kräfte durch den Benutzer notwendig – Kein Black-Box-Ansatz: Variation aller Parameter ist jederzeit möglich

So vielfältig wie die Brennstoffe an sich, sind auch die Simulationsmöglichkeiten mit den NUMECA Verbrennungsmodellen. So kann zum Beispiel die thermische Beanspruchung der beteiligten Bauteile genau untersucht werden, oder aber die Verteilung und Konzentration der Edukte und Produkte. Derartige Ergebnisse können somit leicht zur Steigerung der Effizienz oder zur Minimierung der Schadstoffbelastung genutzt werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Verbrennungskomponenten vorgemischt sind oder nicht. Neben der Abbildung von Strömungs- und Verbrennungsvorgängen können zusätzlich auch Wärmeleitung und -strahlung berücksichtigt werden.

Der Anwendungsbereich umfasst alle Arten von Verbrennungsanalagen, wie Brennöfen aus Industrie und Heizungsbau, Gasturbinen, Brennkammern in Flugzeugtriebwerken oder Raketenantriebe.

• Nicht-vorgemischte Verbrennung (Equilibrium, Flamelet)
• Vorgemischte Verbrennung (Bray-Moss-Libbby Model (BML)
• Teilweise vorgemischte Verbrennung (FGM, Hybrid Flamelet / BML)
• Reaktive Mehrfluid-Strömungen (EDM)
• Schadstoff-Modellierung: Stickoxide (NOx), Ruß
• Wärmeübergang
• Verbrennung von Sprays

Der CPU-Booster™ erfüllt die NUMECA Zielsetzung generell Rechenzeiten zu reduzieren. Wichtig ist hierbei, Zeitersparnis zu erreichen, ohne dabei Kompromisse an die Genauigkeit der Strömungslösung einzugehen. Bei großen Rechennetzen verringert der CPU-Booster™ effizient die Rechenzeit um bis zu einer Größenordnung. Er ist verfügbar in FINE™/Turbo und FINE™/Open mit OpenLabs™ und kann für Turbomaschinen- und externe Strömungskonfigurationen angewendet werden.

• Beeindruckende Steigerung der Konvergenzgeschwindigkeit um Faktor 3-5
• Automatische Einstellungen des Strömungslösers bei Aktivierung des CPU-Booster™
• Erhöhung der CFL-Zahl bis auf 1.000
• Kompatibel mit den wichtigsten Funktionen von FINE™/Turbo und FINE™/Open

Modal & Flutter Analysis ist in Kombination mit NUMECA’s Strömungslöser eine effiziente Methode zur Analyse der Fluid-Struktur Interaktion. Mit den Design Trends, immer mehr Leistung durch leichtere Komponenten zu erreichen, wird das Risiko von Flattern (Flutter) deutlich gesteigert und ist daher heute ein wichtiges Thema im Design-Prozess. Eine selbsterregte Schwingung führt zu Materialermüdung und Beschädigung, sodass kritische Betriebsbereiche möglichst früh im Entwicklungsstadium bekannt sein sollten. Die Untersuchung der Aeroelastik von Turbomaschinen unter anderem hinsichtlich Flutter oder Forced Response sowie die Vorhersage der aerdoynamischen Dämpfung können effizient mit dem Modal Approach in Kombination mit den CFD Tools FINE™/Turbo und FINE™/Open mit OpenLabs™ durchgeführt werden.

Die Simulation der Struktur basiert auf ihren Eigenfrequenzen und Eigenformen. Unter Verwendung der modalen Eigenschaften der Struktur erfolgt die Simulation der Fluid- und Strukturdomäne innerhalb der Strömungslöser von NUMECA. Im Vergleich zur klassischen FSI Simulation erübrigt sich mit dem Modal Approach eine Interpolation zwischen Fluid- und Strukturdomäne während der Simulation. Dadurch wird die Rechenzeit reduziert und die Genauigkeit erhöht. Eine zusätzliche Einsparung der CPU-Zeit um 2 bis 3 Größenordnungen wird in der Kombination mit NLH Method erreicht.

• Einfacher und genauer Ansatz zur Analyse der Fluid-Struktur Interaktion
• Bestimmung der Eigenfrequenzen und Eigenformen in einer vorangehenden Modalanalyse mit Hilfe eines beliebigen CSM Lösers
• Eine Berechnung – ein Code
• Schwache und starke Kopplung
• Kompatibilität mit NLH Method
• Kopplung mit MpCCI

FINE™/Open mit OpenLabs™: NUMECA’s leistungsstarke und flexible Umgebung für Multiphysics CFD ermöglicht die Simulationen folgender physikalischer Prozesse:

• Verbrennung
• Mehrphasenströmungen: Kavitation, Sprays und dispergierte Phasen
• Strahlung
• Wärmeübergang (CHT)
• Poröse Materialien
• Multi-Fluid Simulationen und Mischungsprozesse

Alle Funktionen sind standardmäßig im Paket FINE™/Open mit OpenLabs™ enthalten.

Anwendungen: Die Multiphysics-Funktionen von FINE™/Open können unter anderem bei folgenden Anwendungen eingesetzt werden:

• Verbrennung in Gasturbinen, Flugzeugtriebwerken, Öfen
• Kavitation in hydraulischen Anwendungen wie Pumpen und umströmten Körpern
• Fliehkraftabscheider, Staubsauger, Separatoren, HVAC
• Aerosole, Zerstäuber, Pflanzenschutz-Sprays, Spritzlackieren
• Schadstoffausbreitung

Für Anwendungen im Bereich Fluid-Struktur Interaktion (FSI) oder Akustik können zusätzlich spezielle Module eingebunden werden.

Verbrennungsmodelle

• Nicht-vorgemischte Verbrennung (Equilibrium, Flamelet)
• Teilweise vorgemischte Verbrennung (FGM, Hybrid Flamelet / BML)
• Vorgemischte Verbrennung (BML)
• Reaktive Mehrfluid-Strömungen (EDM)
• Schadstoff-Modellierung: Stickoxide (NOx), Ruß
• Wärmeübergang
• Verbrennung von Sprays

Spray und abströmende Phase

• Lagrangian-Tracking
• Spray-Dynamik und Trägheitsverhalten
• Primäre Atomisierung und Sekundäre Break-up-Modelle
• Berechnung von Massenkonzentrationen, Poly-Dispersion
• Zwei-Wege-Kopplung von turbulenter Dispersion und Impuls
• Heizen, Kühlen und Verdampfen von Tröpfchen

Strahlungsmodelle

• Surface-to-surface (S2S)
• P1-Modell
• Optically Thin Model (OTM)
• Finite-Volumen-Methode (FVM)
• Modellierung grauer Gase (WSGG: weighted sum of gray gases)

Kavitationsmodelle

• Barotropic Law
• Kavitation von thermosensiblen Flüssigkeiten (z.B. Kryogene) mittels thermodynamischer Tabellen

OpenLabs™

• Anpassung aller physikalischen Modelle
• Definition eigener physikalischer Modelle

Die Nonlinear Harmonic Methode (NLH) bildet die periodischen Störungen des Strömungsfelds in einer Turbomaschine im Frequenzbereich ab, die unter anderem durch die Interaktion von Rotor und Stator hervorgerufen werden. Diese Informationen gehen bei einer stationären Simulation verloren. Die harmonische Methode kann bei beliebigen Turbomaschinen Konfigurationen hinsichtlich Stufen- und Schaufelzahl verwendet werden und ermöglicht eine wesentliche Geschwindigkeitserhöhung der instationären Analyse. Dies führt im Vergleich zu voll instationären Simulationen zu einer Einsparung der CPU-Zeit von 2 bis 3 Größenordnungen.

Die NLH Methode zerlegt die instationären Strömungsgrößen in einen zeitlich gemittelten Anteil und periodische Schwankungen, die den Blattfolgefrequenzen (Blade Passing Frequency) der Turbomaschinenkonfiguration und deren Vielfachen zugeordnet sind. Durch die Hinzunahme weiterer harmonischer Schwingungen kann die Genauigkeit beliebig erhöht werden. Durch dieses Vorgehen bietet die nichtlineare harmonische Methode eine Prognose für das volle instationäre Strömungsfeld, wobei nur eine Schaufelpassage je Reihe modelliert werden muss.

• Verwendbar mit den zuverlässigen Strömungslösern FINE™/Turbo und FINE™/Open
• Je Reihe wird nur eine einzige Schaufelpassage modelliert
• Berücksichtigung der Auswirkungen der instationären Effekte auf die zeitlich gemittelte Strömungslösung
• Lösung linearer Kombination von Blattfolgefrequenzen
• Analyse von Clocking-Effekte
• Deutliche Reduzierung der Diskontinuität der Entropie am Rotor-Stator Interface
• Auflösung von schräg auftreffendem Wind bei Windturbinen im Frequenzbereich

TabGen/Thermo

Das TabGen/Thermo-Modul von NUMECA ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Erzeugung von thermodynamischen Tabellen. Diese ermöglichen die exakte Modellierung komplexer Fluide und Mischungen über Zustandsgleichungen, z. B. Benedict-Webb-Rubin- oder Helmholtz-Gleichungen und basieren auf der NIST-REFPROP-Datenbank. Die so erzeugten Fluidmodelle können für alle Phasen sowie im Zweiphasengebiet und im überkritischen Bereich eingesetzt werden. Das TabGen/Thermo-Modul ist erhältlich für FINE™/Turbo und FINE™/Open mit Openlabs™.

TabGen/Chemistry

TabGen/Chemistry erlaubt die intuitive Erstellung von Verbrennungstabellen, die im Anschluss in FINE™/Open mit OpenLabs™ verwendet werden können. TabGen/Chemistry basiert auf dem CHEM1D-Solver der TU Eindhoven und liefert Verbrennungstabellen für beliebig komplexe Reaktionen. Diese bilden u. a. die Grundlage für die Flamelet-, Hybrid-BML- (Bray-Moss-Libby) und FGM- (Flamelet Generated Manifolds) Verbrennungsmodelle in FINE™/Open.

TabGen/Thermo

• Basierend auf NIST – REFPROP v8.0
• 84 vordefinierte reine Fluide
• Mischungen aus bis zu 20 Komponenten
• Große Auswahl an zugrundeliegenden Zustandsgleichungen für jedes Fluid (Helmholtz freie-Energiegleichung, Benedict-Webb-Rubin)
• Intuitive graphische Benutzeroberfläche

TabGen / Chemie

• Basierend auf dem CHEM1D-Löser der TU Eindhoven
• Erzeugung von Verbrennungstabellen
• Beliebig komplexe Reaktionsmechanismen möglich
• Anwendernah: Vorzugeben sind nur Tabellentyp, Temperatur und Druck sowie die Zusammensetzung der Brenn- und Oxidationsstoffe.
• Kopplung von Turbulenz und Verbrennung über die bewährte ß-PDF-Methode

Mit NUMECA’s einzigartigem Modul zur Unsicherheitsanalyse (Uncertainty Quantification) kann auf einfachem und automatisiertem Weg der Einfluss von Unsicherheiten in z.B. den Randbedingungen oder der Geometrie einer CFD-Simulation ermittelt und quantifiziert werden. Durch ein intuitives GUI kann der Anwender die Art und Verteilung von Unsicherheiten über probability density functions (PDF) vorgeben. Bei mehreren Unsicherheiten gleichzeitig werden dabei in der Simulation auch die nicht-linearen Zusammenhänge untereinander erfasst. Dies ermöglicht eine bis dato ungekannte Vorhersage und Bewertung der Zuverlässigkeit bei CFD-Simulationen.

• Einfache Vorgabe der Unsicherheiten über ein intuitives GUI
• Gleichzeitige Definition von bis zu vier Unsicherheiten
• Eigene Verteilungsfunktion für jede Unsicherheit
• Verwendung von vordefinierten oder eigenen Verteilungen möglich
• Berücksichtigung von Nicht-Linearitäten