Kompetenzzentrum Strömungssimulation

Im globalen Wettbewerb nimmt der Innovations-, Zeit- und Kostendruck auf Unternehmen stetig zu. Die Strömungssimulation kann im Entwicklungs- und Optimierungsprozess von Produkten wichtige Impulse setzen und einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil bedeuten. So kommt es durch die Verringerung von aufwändigen Messungen und der Anzahl der Prototypen zu einer Zeit- und Kostenersparnis bei der Produktentwicklung ebenso wie bei der Prozessoptimierung.

Das Kompetenzzentrum Strömungssimulation unterstützt Unternehmen bei der innovativen Produktentwicklung und Optimierung durch computergestützte Analyse von Strömungs- und Wärmetransport und hilft beim Ausbau der Forschungs- und Innovationskompetenz.

Das KSTS im Überblick

Forschungsprojekte

Numerische Bestimmung des Widerstandsbeiwerts für LED-Fluter

Laufzeit

Juli 2018 bis September 2018

Förderer

Industrielles Kooperationsprojekt mit DOTLUX

Projektbeschreibung

Nach geltender Norm müssen Maste, auf denen die Fluter installiert sind, statisch ausgelegt werden. Für die Auslegung nach Norm ist der Widerstandsbeiwert der Fluter notwendig.

Die Bestimmung des Widerstandsbeiwerts erfolgte numerisch mittels einer Strömungssimulation und wurde für das komplette LED-Fluter Produktportfolio der Firma DOTLUX durchgeführt.

Numerische Untersuchung und Optimierung von Diffusor-Geometrien hinsichtlich Performance

Laufzeit

Juli 2017 bis April 2018

Förderer

Industrielles Kooperationsprojekt mit Diehl Metering

Projektbeschreibung

Zielsetzung des Projektes war die strömungstechnische Optimierung eines Diffusors hinsichtlich des Druckverlustes und der Strömungsform im Diffusor durch Wandkonturierung. Daraus resultiert eine Auslegungsvorschrift für Diffusoren.

Validierung verschiedener CFD-Tools zur Berechnung von Einlauf-Strömungsprofilen

Laufzeit

Oktober 2016 bis März 2017

Förderer

Industrielles Kooperationsprojekt mit Diehl Metering

Projektbeschreibung

Die Zielsetzung des Projektes war der Vergleich der Fluiddynamik-Solver Star-CCM+ (Finite-Volumen-Methode) und COMSOL- Multiphysics (Finite-Elemente-Methode) in Bezug auf die benötigte Rechendauer, um eine definierte Genauigkeit bei der Erzeugung von Strömungseinlaufprofilen zu erreichen. Die Abbildung zeigt die Sekundärströmung stromab eines Wirbelerzeugers für beide Solver.

EnAqua: Nutzung des energetischen Potenzials schwimmender Bauten

Laufzeit

Januar 2011 bis Dezember 2014

Förderer

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektbeschreibung

Durch den Klimawandel, verbunden mit dem Anstieg der Meeresspiegel, dem Verlust an Infrastruktur sowie dem Zuwachs der Weltbevölkerung steigt die Nachfrage für schwimmende Architektur. Dies stellt neue technische Herausforderungen dar: Im Rahmen des Projektes wurden die Möglichkeiten zur energetischen Nutzung des umgebenden Wassers untersucht. Das Projekt wurde von der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg geleitet.

Bionisch strukturierte Rohrleitungssysteme

Laufzeit

Januar 2010 bis Dezember 2013

Förderer

Industrielles Kooperationsprojekt mit dem Institut für Angewandte Bauforschung Weimar

Projektbeschreibung

Das Projekt beschäftigte sich mit der Analyse der Druckverluste und Wärmetransporte durch bionisch strukturierte Rohrleitungssysteme.

Kompetenzen

Das Kompetenzzentrum Strömungssimulation ist auf die Berechnung und Auslegung von Strömungs- und Wärmetransportprozessen spezialisiert. Dabei können Strömungen unterschiedlicher Art simuliert werden:

  • Innenströmungen in Rohren und Armaturen
  • Instationäre Strömungen in Pumpen oder Turbinen
  • Partikelströmungen wie Schüttgut
  • Mehrphasenströmungen
  • Konvektion in Rohren und Wärmetauschern
  • Instationäre Wärmeausgleichsprozesse
  • Diffusionsprozesse

Leistungsspektrum

Das Kompetenzzentrum Strömungssimulation unterstützt Partner aus der Wirtschaft im Bereich der angewandten Forschung und Entwicklung:

  • Durchführung gemeinsamer FuE-Projekte (z.B. ZIM)
  • Auftragsforschung
  • Recherche und Hilfestellung zu Förderprogrammen

Darüber hinaus bietet das Kompetenzzentrum Strömungssimulation verschiedene Dienstleistungen rund um das Thema Simulation in der Produkt- und Prozessoptimierung an, zu dessen professioneller Abwicklung das Anwendungszentrum BayTech AnStröm dient:

  • Engineering
  • Beratung
  • Seminare

Ausstattung

Zur Validierung der Simulationen  stehen modernste messtechnische Methoden zur Verfügung. Das Kompetenzzentrum Strömungssimulation verfügt über qualifiziertes wissenschaftliches Personal sowie über die Labors mit Hochleistungsrechnern und einer hochwertigen Softwareausstattung:

  • High Performance Computing 
  • Simulation/Datenverarbeitung
  • Strömungsmesstechnik (Technische Diagnostik)

Durch die Nähe zu dem Studiengang Energie- und Umweltsystemtechnik sowie Wirtschaftsingenieurwesen werden in diesem Rahmen zusätzlich studentische Projekte sowie Bachelor- und Masterarbeiten betreut.

Zur Strömungssimulation wird die CFD-Software Star CCM+ der Firma Siemens, zur Simulation komplexer Systeme und Prozesse die Software MATLAB, Simulink und Stateflow der Firma MathWorks verwendet. 

Partner in angewandter Forschung und Entwicklung

Das Kompetenzzentrum Strömungssimulation unterstützt Partner in angewandter Forschung und Entwicklung

  • Technische Universität Chemnitz: Professur Strömungsmechanik
  • Institut für leistungselektronische Systeme (ELSYS) - Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg
  • Institut für Energie und Gebäude (ieg) - Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg
  • Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik
  • Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  • Brandenburgische Technische Universität Cottbus - Senftenberg
  • IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH
  • u.a.

Industrielle Kooperationspartner

Ausgewählte Industrieprojekte

  • Analyse des Strömungsabrisses in Diffusor, im Ein- bzw. Auslauf von Durchflussmessapparaten
  • Untersuchung der Strömung und Schallentwicklung im Rauchgasweg eines Großkraftwerks
  • Analyse des Strömungsverhaltens während des Öffnungsvorganges einer Absperrarmatur
  • Bestimmung von Druckverlusten und Schallentwicklung in Schalldämpfern einer Industrieabgasanlage
  • Strömungstechnische Untersuchung einer Pumpe in einem gekoppelten Heizkreislauf
  • Simulation einer kleinen Durchströmturbine

Industrielle Kooperationspartner
Das Kompetenzzentrum Strömungssimulation unterstützt Partner aus der Wirtschaft:

  • Diehl Gas Metering GmbH
  • E.ON Kraftwerke GmbH
  • Büsch Technology GmbH
  • jeremias GmbH
  • Ossberger GmbH + Co
  • uponor GmbH
  • u.a.

Personen

Prof. Dr. Wolfgang Schlüter

Prof. Dr. Wolfgang Schlüter –

Funktionen:

  • Professor Angewandte Ingenieurwissenschaften (AIW)
  • Bereichsleiter Technologie-Transferzentrum für den Mittelstand (TZM)

Lehrgebiete:

  • Strömungssimulation
  • Prozesssimulation
  • Simulation ereignisdiskreter Systeme

Angewandte Forschung und Entwicklung:

  • Simulation energietechnischer Prozesse, speziell in der Giessereitechnik
  • Prozessmonitoring und Smart Services für Giessereien
  • Numerische Strömungssimulation (CFD)
  • Strömungsmesstechnik

Forschungsprojekte:

  • Energiecampus Nürnberg - ENCN - User Interface Design von Energiedaten in der energieintensiven Industrie
  • Technologie-Transferzentrum für den Mittelstand (TZM) Bereich „Computational Engineering”
  • Biomasseinstitut HS Ansbach - Arbeitsgebiet „Modellierung und Simulation”
  • Technologieverbund Green Factory Bavaria (Teilprojekt Smart Melting und E|MELT
  • CIPP - Centrum für innovative Produktentwicklung und Produktoptimierung - Teilprojekt „Strömungssimulation”
  • Forschungsverbund FORETA (Teilprojekt C Großwärmespeicher)
  • Forschungsverbund EnAqua - Energieversorgung für schwimmende Bauten

Leitung der Kompetenzzentren:

  • KSTS - Kompetenzzentrum Strömungssimulation
  • KIEff - Kompetenzzentrum Industrielle Energieeffizienz

Konstantin Zacharias, M.Sc.

Konstantin Zacharias, M.Sc. –

Funktionen:

  • Wissenschaftlicher Mitarbeiter Technologie-Transferzentrum für den Mittelstand (TZM)

Tätigkeitsfelder:

  • Experimentelle Strömungsmechanik