Virtual Prototyping

Computational Fluid Dynamics (CFD) wird bereits in vielen Unternehmen eingesetzt, um innovative Prozesstechniken zu untersuchen und Entscheidungsrisiken in der Prototyping-Phase zu minimieren. Bei auftretenden Problemen in den bestehenden Anlagen lassen sich schnell und effizient Untersuchungen vornehmen und deren Ergebnisse direkt realisieren. Das ermöglicht dem Unternehmen, schneller auf Kundenansprüche zu reagieren und bestehende Anlagen gezielt zu verbessern. Mit dieser Technologie lässt sich auch der Entwicklungsprozess deutlich verkürzen. Verschiedene Varianten können am Computer untersucht werden, bevor die Anlage gebaut wird. Das führt zu einer schnelleren Markteinführung des Produktes oder der Anlage. Für ein zuverlässiges Scale-up besteht die Möglichkeit, an einer Pilotanlage Messungen und Berechnungen miteinander zu vergleichen, Modellanpassungen vorzunehmen und mit diesen Erfahrungen die Produktionsanlage auszulegen.

Das CFX-4-Update, Version 4.3, ermöglicht eine genaue Vorhersage und Behandlung von Blasenströmungen und Phasengrenzflächen, was für Anwendungen im Bereich der Schlaufenreaktoren oder Begasungstanks von großem Interesse ist. Das aktuelle Release wurde um vier Modelle erweitert. Das Musig-Modell ermöglicht eine Variation des Durchmessers der Blasen oder Tropfen im Rahmen des Euler-Mehrphasenmodells. Gleichzeitig lassen sich Wechselwirkungen wie die Koaleszenz und das Aufbrechen von Blasen bestimmen. Zudem gibt es eine PFDReaction-Schnittstelle für die Kopplung zwischen CFX-4.3 und dem PFDReaction-Paket zur Simulation chemischer Reaktionen, ein Erstarrungsmodell für Metall- und andere Schmelzen und ein Explosionsmodell.

CFX-ProMixus ist ein Programm, das speziell für die schnelle und unkomplizierte Analyse von Rührkesseln und Mischprozessen entwickelt wurde. Aus verschiedenen Geometrievorlagen für den Behälter und für den Rührer lässt sich eine zutreffende Variante auswählen und nach der Eingabe einiger weniger Randbedingungen automatisch eine komplette 3D-Strömungssimulation ausführen. Der Zeitaufwand für den Anwender wird durch das vollautomatische Strömungssimulationsprogramm auf wenige Minuten reduziert.

Mitsubishi Research & Innovation ist Teilnehmer eines Programmes zur Verbesserung der Produktivität chemischer Prozesse. Die Erhöhung der Produktivität bedeutet oft, dass die Abmessungen eines Reaktors vergrößert werden müssen. Dabei treten Unsicherheiten auf, die zum einen aus dem Scale-up des Reaktors und zum anderen aus der Frage nach der Anpassung des Rühr- und Mischprozesses resultieren. Die Ingenieure von Mitsubishi beschlossen, diese Fragen mit CFX-Analysen zu klären. Die Reaktorstudie befasste sich mit einem dreiphasigen System, das sich aus einer flüssigen Phase, einem festen Katalysator und Dampf zusammensetzt. Das Verhalten dieses Prozesses ist anhand empirischer korrelationsbasierender Verfahren sehr schwer vorherzusagen. Um eine Aussage über die Qualität der Berechnungsergebnisse zu erhalten, wurden neben den Strömungssimulationen auch experimentelle Untersuchungen vorgenommen. Der Versuchsreaktor wurde mit Wasser, Glaspartikeln und Luft betrieben. Die CFX-Software verwendet für diese Art von Anwendung das Euler-Mehrphasenmodell und ein Sliding-Mesh-Interface. Die Gegenüberstellung der Ergebnisse bestätigte die Fähigkeit der Software, die überaus anspruchsvolle Aufgabenstellung mit einer hohen Genauigkeit zu bewältigen. Die Berechnungen waren innerhalb weniger Wochen abgeschlossen, der Aufbau der Testanlagen und die experimentellen Arbeiten waren deutlich kosten- und zeitintensiver. Aufgrund dieser Studie hat Mitsubishi entschieden, in Zukunft CFX-4 als Standardwerkzeug in ihren Entwicklungszyklus zu integrieren.

Halle 4.2, Stand H16-H18

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