Minutenschnell

Die Version Femlab 3.0 wurde völlig neu in C++ und in Java geschrieben und kann jetzt auch ohne Matlab als Standalone-Version betrieben werden – daneben ist die vollständige Einbindung in Matlab weiterhin möglich. Verglichen mit der Vorgängerversion, führt Femlab 3.0 Simulationen bis zu zwanzigmal schneller aus und verfügt über eine deutlich effizientere Speicherverwaltung. Die intuitive und leicht zu bedienende Benutzeroberfläche ermöglicht den Aufbau komplexer Modelle in deutlich kürzerer Zeit – bis zu dreißigmal schneller als zuvor.

Innerhalb von Minuten lassen sich mit Hilfe der leicht zu bedienenden Benutzeroberfläche in Femlab 3.0 die Simulationsmodelle erstellen. Gerade Schnelligkeit kann bei der Entwicklung eines neuen Produktes ein entscheidender Vorteil gegenüber der Konkurrenz sein, da zwischen der Idee und der Herstellung eines Prototypen oft nur ein sehr kurzer Zeitraum liegen darf. In 1D, 2D oder 3D bietet Femlab 3.0 ideale Möglichkeiten, numerische Simulationen auf Basis der Finite-Elemente-Methode durchzuführen. Mit Femlab können alle chemisch-physikalischen Phänomene simuliert werden, die sich durch partielle Differentialgleichungen beschreiben lassen. Darüber hinaus sind auch multiphysikalische Phänomene, also Wechselwirkungen, mit Femlab 3.0 simulierbar.

In Femlab 3.0 stehen stationäre und dynamische, lineare und nicht-lineare sowie Eigenwertsolver zur Verfügung. Für die meisten Aufgaben genügen die Solver-Standardeinstellungen, für spezielle Bedürfnisse lassen sich diese aber auch selbst durch Feineinstellung modifizieren. Im Vergleich zur Vorgängerversion sind die neuen Solver bis zu zwanzigmal schneller und speichereffizienter. Auf einem Standard-PC rechnet Femlab 3.0 mühelos Modelle mit bis zu einer Million Freiheitsgraden, wobei die Rechenzeit üblicherweise im Minuten-, maximal im Stundenbereich liegt.

Die neue javabasierte Benutzeroberfläche bietet deutlich verbesserte grafische Darstellungsmöglichkeiten; mit der Maus lassen sich die Modelle ohne zeitliche Verzögerungen in beliebige Richtungen drehen. Zur Veranschaulichung und Weiterverarbeitung der Simulationsergebnisse existieren leistungsfähige Postprocessing-Routinen, so dass sich die mit Femlab erzeugten Ergebnisse in anschaulicher Form präsentieren lassen. Auch bewegte Animationen können im MPEG- oder Quick-Time-Format erzeugt werden.

Femlab 3.0 läuft unter Windows 98/2000/NT4(SP6) sowie unter Linux, Solaris und HP-UX. Weitere Systemvoraussetzungen sind ein Pentium Prozessor, ein 256-MB-Arbeitsspeicher (512 bis 1024 MB empfohlen) und eine Open-GL-kompatible Grafikkarte.

Mit dem Chemical Engineering-Modul von Femlab lassen sich neben chemischen Reaktionen in Katalysatoren oder Strömungsprozessen in Reaktoren auch Separationsprozesse, wie z.B. Filtration, Dialyse und Elektrolyse simulieren. Daneben sind elektrochemische Prozesse berechenbar. Im Bereich der Biotechnologie können Mikrofluidik-Prozesse oder elektrokinetische Strömungen simuliert und dargestellt werden. Auch generelle Transportphänomene, wie sie beispielsweise in Mischern, Wärmetauschern oder Ventilen auftreten, lassen sich mit Femlab modellieren.

Femlab bietet zwei verschiedene Zugangsmöglichkeiten für den Modellierungsprozess: Einerseits sind fertige Anwendungsbeispiele für die am häufigsten verbreiteten Kopplungen zwischen verschiedenen Phänomenen abrufbar; andererseits lassen sich aber auch beliebige Gleichungen für eigene Anwendungen eingeben und berechnen.

Mit dem Chemical-Engineering-Modul können Gleichungen aus verschiedenen Anwendungsbereichen gelöst werden. So lassen sich z.B. Impulsbilanzen wie die Navier-Stokes-Gleichungen für Flüssigkeiten, das Darcy´sche Gesetz für poröse Medien usw. mit dem Modul berechnen. Für Energiebilanz-Simulationen stehen Wärmetransportprozesse wie Diffusion, Konvektion oder Wärmeleitung zur Verfügung. Auch Materialbilanzen wie Diffusion, Konvektion, Nernst-Planck-Gleichungen und Maxwell-Stefan-Diffusions-und Konvektionsgleichungen lassen sich mit dem Modul lösen.

Lediglich die physikalischen und chemischen Stoffparameter müssen festgelegt werden, die dazugehörigen Gleichungen werden von Femlab automatisch formuliert. Die Gleichungskoeffizienten können dabei beliebige Funktionen der Modellvariablen bzw. ihrer Ableitungen sein. Darüber hinaus sind alle bereits in Femlab implementierten Anwendungen auch zusammen mit selbst definierten Gleichungen verwendbar.

Die integrierte Modellbibliothek enthält über 100 berechnete und ausführlich dokumentierte Modelle aus allen wesentlichen Gebieten von Forschung und Entwicklung. Das Chemical-Engineering-Modul enthält beispielsweise bereits fertige Modelle für homogene Reaktoren, heterogene Katalyse, Strömungen in chemischen Reaktoren, Filtration, Dialyse und Elektrodialyse, Brennstoffzellen und Batterien, Elektrolyse, Korrosion, Mikrofluidik, elektrokinetische Strömungen, Mikromischer, Wärmetauscher oder Ventile.

Die Modelle können als Vorlage für eigene Simulationen verwendet werden: die den Modellen zugrunde liegenden Gleichungen lassen sich anzeigen, die Variablen umbenennen, neue Konstanten definieren oder die gesamten Ausgangsgleichungen entsprechend eigener Aufgabenstellungen modifizieren.

Nach Auswahl des zu simulierenden Phänomens (wie zum Beispiel Wärmetransport oder Elektromagnetismus) stellt Femlab automatisch die richtigen Gleichungen zur Verfügung. Diese lassen sich mühelos auch mit selbst eingegebenen Gleichungen kombinieren.

Eigene Modellgeometrien können in 2D oder 3D entweder als dxf- oder iges-Dateien importiert werden oder mit den integrierten CAD-Werkzeugen selbst erstellt werden.

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