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Star Conference 2013 Teil 2: Kleinste Teilchen lebensecht

Star Global Conference 2013: Über 200 Berechnungsspezialisten versammelten sich in Orlando, um Neuheiten und interessante Anwendungen der CD-adapco-Software kennenzulernen. Es zeigte sich: Die Breite der Anwendung und die Möglichkeiten moderner Berechnungssoftware sind nahezu grenzenlos. Was sich in Formeln fassen lässt, lässt sich im Computer simulieren.

Star-Cast: Das Add-On ermöglicht realistische Gusssimulationen. (Bild: CD-adapco)
Star-Cast: Das Add-On ermöglicht realistische Gusssimulationen.
(Bild: CD-adapco)

Zwei Tage voller Staunen über die Möglichkeiten moderner Simulationssysteme liegen hinter mir. Nicht nur die vielen unterschiedlichen Branchen und Anwendungsfälle, die mit STAR-CCM+ abgedeckt werden, sondern auch die Komplexität der Berechnungen, die mit solchen Systemen möglich sind, verblüffen. Besonders imponiert haben mir Anwendungen mit Flüssigkeitsfilmen oder auch die DEM, Discrete Element Method, gefallen.

In einem Beispiel berechnete man mit STAR-CCM+, wie Regen auf der Tragfläche eines Flugzeugs gefriert. Mit einer beheizten Flügelvorderkante zeigte sich, dass der Flüssigkeitsfilm etwa in der Mitte der Fläche wieder anfriert. dazu muss man sich vergegenwärtigen, dass die meisten Simulationen stationär sind, das heißt, dass sie nur einen Moment oder einen Zustand wiedergeben. Die typischen FEM-Animationen, bei denen sich beispielsweise ein Balken biegt, führen in die Irre, da nur eine Berechnung – die mit der Endkraft bzw. -biegung – durchgeführt wurde. Die Animation ist nichts anderes als ein „Morphing“, also ein Übergehen vom Urzustand in den berechneten Endzustand. Oder es wird der Weg beispielsweise eines Luftteilchens über eine Karosserie animiert – dabei handelt es sich aber eben auch „nur“ um den einen Zustand, den man in den Randbedingungen definiert hat.

http://www.youtube.com/watch?v=tTQ8GjwWnGA

Transiente Berechnung bedeutet, dass ein zeitlicher Ablauf oder eine Änderung des Zustandes berücksichtigt wird. Beispiele sind ein Überholvorgang, dessen aerodynamischer Ablauf berechnet wird, oder eine chemische Reaktion. Auch der überfrierende Flügel passt in diese Kategorie: Das Wasser trifft in Tropfenform auf dem Flügel, heizt sich auf und kühlt wieder ab, Wenn es dann gefriert, kommt man sogar in den Bereich der Mehrphasensimulation. Wenn ein bestimmter Wert einer Variable – nämlich der Flüssigkeitstemperatur – erreicht ist, wechselt das Simulationsprogramm für dieses Teilchen das Gleichungssystem, denn das Verhalten und die physikalischen Merkmale von Wasser und Eis unterscheiden sich beträchtlich.

http://www.youtube.com/watch?v=0A05c2xzrQA

Bei DEM geht es darum, viele Teilchen gleichzeitig zu berechnen. Dies können beispielsweise Wassertropfen sein, die beim Durchfahren einer Pfütze hochgeschleudert werden, oder auch Stein- und Erdbrocken beim Ausheben eines Lochs mit dem Radlader. dabei werden die einzelnen Teilchen tatsächlich berechnet. Jedes Teilchen wird mit Ursprungsort und -geschwindigkeit versehen und dann anhand der darauf wirkenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten simuliert. Dies wird unter anderem eingesetzt, um das Herumspritzen des

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