Wij gebruiken dagelijks CFD om gas- en vloeistofstromen te simuleren. Toch bestaat er nog steeds behoorlijk wat misverstand over deze simulatiemethode. Daarom geven wij hieronder meer informatie over CFD en hoe we dit gebruiken in onze simulaties.

Wat is CFD?

CFD staat voor “Computational Fluid Dynamics”. Deze methode is uitermate geschikt om via computersimulaties gas- en vloeistofstroming te visualiseren/kwantificeren en het effect ervan op de omgeving zichtbaar te maken. CFD is dan ook een interessant instrument in de vroege fase van product- of gebouwontwikkeling. In een virtuele omgeving beoordeel je de prestaties van een nieuw of gewijzigd CAD-ontwerp en creëer je inzichten en ideeën voor verdere optimalisatie. Op deze manier vermijd je een duur trial & error proces, waardoor je risico’s beter kunt beheersen, met betere resultaten als gevolg. Ook bestaande producten, systemen of installaties kunnen met CFD bekeken worden om te bepalen welke aanpassingen het effectiefst zijn.

Toepassingen van CFD

In de gebouwde omgeving geven CFD simulaties inzicht in de effecten van een gebouw op het lokale windklimaat. CFD kan daarnaast worden ingezet bij het ontwerpen van de meest energie-efficiënte klimaatsystemen en het voorspellen van rookontwikkeling en veiligheid in geval van brand.

In veel andere industrieën wordt CFD gebruikt tijdens het ontwerpproces van producten waarbij lucht- of vloeistofstromen belangrijk zijn. Denk hierbij aan medische producten zoals beademingsapparatuur, bloedverwarmers of couveuses. In de procesindustrie kan CFD gebruikt worden voor het ontwerpen van pompen, ventilatoren, mixers of branders. De meest bekende toepassing van CFD ligt uiteraard bij de aerodynamische vormgeving van voertuigen zoals vliegtuigen, auto’s, bussen en vrachtwagens.

Het CFD-proces

Zo ziet het CFD proces eruit bij Actiflow:

1. CAD model

Het startpunt van een CFD-berekening is een CAD-tekening van het te analyseren product of gebouw. We bereiden vervolgens dit CAD-model voor, zodat het geschikt is voor CFD. Hetgeen betekent dat we alle irrelevante details verwijderen, waardoor er een gesloten volume ontstaat.

2. Rekendomein en mesh

Vervolgens definiëren we het rekendomein. Dit domein is een volume waarin we de gas- of vloeistofstroom uitrekenen. In het rekendomein bouwen we een rekenrooster op, bestaande uit vele (vaak miljoenen) volumecellen. De resolutie van het rekenrooster (mesh) varieert en wordt bepaald op basis van wetenschappelijk onderbouwde richtlijnen. Zo is er met name verfijning van het rekenrooster nodig bij oppervlakken en op plekken waar men hoge gradiënten verwacht. Indien mogelijk worden de simulatieresultaten op basis van meerdere rekenroosters met verschillende resolutie vergeleken, om op die manier het meest geschikte rekenrooster te bepalen.

3. Simulatie

Om een simulatie uit te voeren, moeten we een keuze maken tussen verschillende solvers (algoritme waarin de fysische vergelijkingen worden omschreven), die elk een specifiek fysiek probleem kunnen oplossen. Na het selecteren van de juiste solver, selecteren we het numerieke model en voegen we alle randvoorwaarden in de software in. Wanneer alle invoer aanwezig is, start de computer (of een groot cluster van computers) met het uitvoeren van de simulatie, die meestal een paar dagen duurt.

4. Resultaat

Het resultaat van een CFD-simulatie is een grote dataset met informatie over stroomsnelheden, drukken en soms temperaturen in elke cel van de mesh. We verwerken al deze informatie in visualisaties en grafieken die de prestaties van een product of gebouw laten zien. Op basis van deze simulatieresultaten geven we mogelijke problemen aan en stellen we oplossingen voor. Samen met onze klant bespreken we welke oplossingen praktisch haalbaar zijn en welke vervolgsimulaties nodig zijn om deze oplossingen te valideren. Stap voor stap bereiken we uiteindelijk een oplossing die voldoet aan alle eisen en normen, en die acceptabel is voor alle belanghebbenden.