CFD-Simulationen
Strömung verstehen, Produkte verbessern
CFD-Simulationen machen unsichtbare physikalische Prozesse sichtbar – für mehr Effizienz, tiefes Prozessverständnis und gezielte Optimierungen bereits in der Entwicklungsphase.
Computational Fluid Dynamics (CFD) bezeichnet die rechnergestützte Simulation von Strömungs- und Temperaturverhalten in Flüssigkeiten und Gasen. Dabei werden komplexe physikalische Prozesse wie Strömung, Wärmeübertragung, Stofftransport und chemische Reaktionen realitätsnah abgebildet. Mit Hilfe von CFD lassen sich Druckverluste, Strömungsverteilungen, Temperaturfelder und Stoffkonzentrationen sowie andere relevante physikalische Größen analysieren und visualisieren.
CFD Simulationen ermöglichen die Untersuchung verschiedenster physikalischer Phänomene:
Die Strömung von Gasen und Flüssigkeiten durch komplexe Geometrien, sowohl in geschlossenen als auch in freien Strömungsbereichen, ist ein grundlegendes Anwendungsfeld der CFD-Berechnung. Sowohl laminare als auch turbulente Strömungszustände können erfasst und bewertet werden. Darüber hinaus erlaubt CFD die Analyse thermischer Effekte: Wärmeleitung in Festkörpern, Konvektion in Fluiden sowie Wärmestrahlung in thermisch belasteten Strukturen können detailliert dargestellt werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Simulation von Mehrphasenströmungen. Dabei werden verschiedene Phasen wie Flüssigkeit, Gas und Feststoffe gleichzeitig betrachtet, zum Beispiel bei Tropfenbildung oder Sedimentation. Auch Phasenübergänge wie Verdampfung, Kondensation, Schmelzen oder Erstarren können durch geeignete Modelle abgebildet werden. Dabei wird der damit verbundene Energietransport berücksichtigt, um thermische Effekte zu erfassen.
Die Abbildung einzelner Partikel als diskrete Phase ist ebenfalls möglich. Dadurch können beispielsweise die Bewegungen von Staub, Sand, Zement oder Flüssigkeitströpfchen simuliert werden. Dies ist besonders hilfreich zur Bewertung von Trägheits- und Ablagerungseffekten in Räumen oder Anlagen.
CFD-Simulationen sind ein leistungsstarkes Werkzeug, wenn es darum geht, Produkte effizient zu entwickeln und technische Prozesse gezielt zu optimieren. Sie helfen dabei, reale Betriebsbedingungen besser zu verstehen, Schwachstellen frühzeitig zu erkennen und gezielt Optimierungen vorzunehmen – noch bevor ein physischer Prototyp entsteht. So lassen sich Entwicklungszeit, Material und Kosten für Versuche deutlich reduzieren. Gerade in komplexen Entwicklungsprojekten machen CFD-Analysen den entscheidenden Unterschied. Deshalb sind CFD Simulationen in vielen Industriezweigen unverzichtbar.
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Wo Strömung entscheidet, bringt Simulation den Vorsprung
Ohne CFD-Berechnung keine Innovation
Ob Aerodynamik im Fahrzeug, Kühlung im Rechenzentrum oder die Luftführung im OP-Saal – moderne Produkte verlangen ein tiefes Verständnis für Strömungen. Genau hier setzt CFD an: In der Automobilindustrie reduziert sie Luftwiderstand und Verbrauch, in der Luftfahrt ermöglicht sie leichtere und effizientere Tragflächen. Medizintechnik nutzt CFD zur Entwicklung strömungsoptimierter Stents und künstlicher Herzklappen – sicher, präzise, lebenswichtig.
Hightech-Produkte wie der Airbus A350, der Porsche Taycan oder moderne Windkraftanlagen wären ohne CFD-Berechnungen in dieser Form kaum denkbar. Die Simulation unterstützt aufwendige Tests, spart Zeit und liefert Einblicke, die physisch kaum messbar sind. Wer heute innovativ entwickeln will, nutzt mit moderner CFD-Simulation einen starken Hebel.
Beispiele effizienter Produktentwicklung
Schwachstellen erkennen, bevor sie zum Risiko werden!
CFD in der Analyse
Fehler früh erkennen, Schäden vermeiden
Sind Wirkungsgrade zu schlecht oder Temperaturen zu hoch oder zu gering, Anlagen zu laut oder Mischvorgänge unzureichend, schaffen gezielte Strömungssimulationen Klarheit:
Mit virtuellen Strömungsanalysen lassen sich Fehlfunktionen wie ungleichmäßige Durchströmung, Druckverluste, Hotspots oder Kavitation gezielt untersuchen – schnell, anschaulich und ohne teure Versuchsreihen.
Ob undichte Kühlkanäle im Werkzeug, unerwartete Schwingungen in der Pumpe oder Leistungsverluste im Wärmetauscher – CFD hilft, komplexe Zusammenhänge sichtbar zu machen und Konstruktionsfehler gezielt zu beheben.
Mit CFD analysieren Sie systematisch, dokumentieren nachvollziehbar und gewinnen wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung. Ergebnis: mehr Sicherheit, weniger Ausfälle, bessere Produkte.
Design smarter – mit CFD-Simulation
Treiber für innovative Produktentwicklung
Ob Kühlung in der Elektronik, Strömungsführung in Maschinen oder Komfort im Fahrzeuginterieur – CFD liefert klare Entscheidungsgrundlagen. Variieren Sie verschiedene Bauweisen schnell und ohne aufwändige Prototypen. Ein enormer Zeitgewinn!
CFD zeigt, wie ein Design unter realen Bedingungen funktioniert – bevor überhaupt gefertigt wird. Denn Strömungsverhalten, Wärmeverteilung oder Druckverhältnisse lassen sich oft nicht intuitiv erfassen. Auch neue Fertigungsmethoden wie 3D-Druck eröffnen völlig neue Designfreiheiten – doch viele dieser Möglichkeiten lassen sich nur mit CFD voll ausschöpfen.
Gerade bei komplexen Geometrien und neuen Technologien (z. B. an Kühlkanälen, Geometrien oder Luftführungen) wird CFD zur Schlüsseltechnologie: für funktionsgerechte, energieeffiziente und marktfähige Produkte. Setzen Sie CFD von Anfang an ein und entwickeln Sie Ihre Produkte schneller und gezielter.
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CFD-Berechnungen normenkonform
Sicherheit durch korrekt validierte Daten
CFD-Simulationen sind in vielen Branchen bereits als Nachweisverfahren für Normen und Richtlinien anerkannt. Entscheidend für die Normenkonformität sind die Einhaltung branchenspezifischer Standards, die Qualität der Modellierung, die Verifikation und Validierung der Ergebnisse sowie die Fachkompetenz der Berechnungsingenieure. Bei Merkle CAE Solutions erhalten Sie präzise CFD-Simulationen für komplexe Strömungsszenarien und beliebige Geometrien – abgestimmt auf die Anforderungen relevanter Normen und Richtlinien, unter anderem in folgenden Bereichen:
- VDI 6020 – CFD-Nachweisverfahren für thermische Behaglichkeit
- DIN EN 16798 (vormals EN 15251) – Raumluftqualität und Energieeffizienz
- ASHRAE-Richtlinien – Komfortanalyse (z. B. Zugluft, Temperaturverteilung)
- NASA CFD Verification & Validation Guide – Industriestandard für CFD-Qualität
- MIL-HDBK-1797A – Anforderungen an Aerodynamikdaten (auch CFD-basiert)
- EASA / FAA – CFD bei entsprechender Validierung als Teil des Zulassungsverfahrens anerkannt
- FDA (USA) – zur Analyse von Blutströmungen, Herzklappen, Inhalatoren
- MDR (Medical Device Regulation, EU) – als Teil der technischen Dokumentation möglich
- ISO 5840 – Herzklappen: CFD ergänzend bei Designanalyse
- ISO 10993 – Biokompatibilität: CFD als ergänzendes Tool
- ISO 26262 – Funktionale Sicherheit: CFD als unterstützende Methode
- OEM-spezifische CFD-Richtlinien (z. B. Gitterauflösung, Turbulenzmodell)
- Euro-7 – CFD zur Abgas- und Temperaturführung
- DIN 18232-2 – Entrauchung, Rauchabzugssysteme
- ISO 16730 – Brandmodellierung: Richtlinien zur CFD-Verifikation und -Validierung
- FDS (Fire Dynamics Simulator) – international anerkannte CFD-Software für Brandsimulation
- ERCOFTAC Best Practice Guidelines
- ASME V&V 20 – Verifikation und Validierung für CFD und Wärmeübertragung
- VDI 2048 – Unsicherheitsanalyse bei Mess- und Rechenergebnissen (CFD-relevant)
CFD-Simulationen gewinnen in vielen Industriezweigen zunehmend an Bedeutung und werden zunehmend als offizielle Nachweismethode in Normen und Richtlinien akzeptiert. Entscheidend für die Einhaltung dieser Vorgaben sind dabei die sorgfältige Anwendung von branchenspezifischen Standards, die hohe Qualität der Simulationsergebnisse sowie eine umfassende Verifikation und Validierung. Bei Merkle CAE Solutions bieten wir Ihnen CFD-Berechnungen für vielfältige Strömungsszenarien und Geometrien – stets unter Berücksichtigung der geltenden Normen und Anforderungen.
Simulation ersetzt Spekulation: erfahren Sie mehr!
CFD – Unverzichtbar für neue Technologien
Mit CFD-Berechnungen Innovationen schneller vorantreiben
CFD-Simulationen sind bei neuen Technologien wie der Wasserstofftechnologie unverzichtbar. Sie ermöglichen es, komplexe Strömungs- und Reaktionsprozesse digital zu analysieren und sicherheitsrelevante Szenarien – etwa Explosionen in Elektrolyseuren – realistisch darzustellen. So können Entwicklungen schneller, effizienter und sicherer vorangetrieben werden. Mehr dazu im Podcast!