Wat laat een heatmap in CFD zien?

Een heatmap in een stromingsanalyse (Computational Fluid Dynamics, CFD) toont de ruimtelijke verdeling van een fysische grootheid, zoals temperatuur, druk of stroomsnelheid, als een kleurverloop over een geometrie of doorsnede. Hoe warmer of hoger de waarde, hoe meer de kleur verschuift naar het rode uiteinde van het spectrum. Dit maakt het mogelijk om in één oogopslag te zien waar in een systeem kritische zones ontstaan.

Voor werktuigbouwkundige engineers is de heatmap een van de meest gebruikte visualisatietools binnen CFD analyse en simulatie, omdat ze complexe numerieke uitkomsten omzet in direct leesbare beelden. De secties hieronder beantwoorden de meest gestelde vragen over hoe je een heatmap correct leest en gebruikt.

Welke fysische grootheden toont een heatmap in CFD?

Een heatmap in een CFD analyse toont altijd één specifieke scalaire grootheid tegelijk. De meest voorkomende grootheden zijn temperatuur, statische druk, totale druk, stroomsnelheid (magnitude) en turbulentie-intensiteit. Welke grootheid je ziet, hangt volledig af van wat de ingenieur heeft ingesteld bij het nabewerken van de simulatieresultaten.

Naast deze basisgrootheden kun je in meer geavanceerde simulaties ook heatmaps genereren voor grootheden zoals:

Wrijvingscoëfficiënt op een oppervlak
Warmteoverdrachtscoëfficiënt langs een wand
Concentratie van een component in een mengproces
Drukval over een sectie van een systeem
Wandschuifspanning bij vloeistofstroming langs oppervlakken

Elke grootheid heeft zijn eigen fysische betekenis en vraagt om een andere interpretatie. Een heatmap van temperatuur vertelt je iets over warmteoverdracht en koelgedrag. Een heatmap van druk laat zien waar verliezen optreden of waar kavitatie kan ontstaan. Het is daarom belangrijk om altijd te controleren welke grootheid de legenda aangeeft voordat je conclusies trekt.

Hoe worden kleuren in een CFD heatmap geïnterpreteerd?

In een standaard CFD heatmap staat blauw voor de laagste waarde en rood voor de hoogste waarde binnen het weergegeven bereik. Tussenliggende kleuren zoals groen en geel vertegenwoordigen middelmatige waarden. Dit kleurverloop heet het “rainbow” of “jet” colormap en is de meest gangbare instelling in CFD-software.

Let op twee punten die vaak tot verwarring leiden:

Het bereik bepaalt alles. Als de minimum- en maximumwaarden handmatig zijn ingesteld, kan een “rode” zone nog steeds een lage absolute waarde hebben. Kijk altijd naar de getallen op de legenda, niet alleen naar de kleur.
Alternatieve colormaps bestaan. Sommige engineers kiezen voor een “cool-warm” of “viridis” colormap om kleurenblindheid te ondervangen. In dat geval geldt de blauw-rood-conventie niet automatisch.

Een goede gewoonte is om de legenda altijd als eerste te lezen en te controleren of het bereik realistisch is voor de toepassing. Een temperatuurschaal van 20 tot 25 graden Celsius ziet er dramatisch rood uit, terwijl het verschil in de praktijk minimaal kan zijn.

Wat is het verschil tussen een heatmap en een vectorplot in CFD?

Een heatmap toont een scalaire grootheid, dat wil zeggen een waarde zonder richting, als kleur over een vlak of oppervlak. Een vectorplot toont een vectoriële grootheid, zoals stroomsnelheid, met zowel de grootte als de richting weergegeven als pijlen of stroomlijnen. Beide visualisaties zijn complementair en geven samen een vollediger beeld van het stromingsgedrag.

Concreet verschil in gebruik:

Een heatmap van snelheidsmagnitude laat zien waar de stroming snel of langzaam is.
Een vectorplot laat zien welke kant de stroming opgaat, inclusief wervelingen en recirculatiezones.

In de praktijk combineren werktuigbouwkundige engineers beide visualisaties. Je gebruikt een heatmap om snel hotspots of probleemgebieden te identificeren, en daarna een vectorplot om te begrijpen wat de stroming daar precies doet. Alleen een heatmap gebruiken zonder vectorinformatie kan leiden tot een onvolledig beeld, zeker bij complexe geometrieën met wervelingen of terugstroming.

Welke fouten ontstaan bij verkeerde interpretatie van een CFD heatmap?

De meest voorkomende fout is het verkeerd lezen van het kleurenbereik. Als de schaal niet begint bij nul of een fysisch zinvolle grenswaarde, kunnen kleine verschillen er dramatisch uitzien. Dit leidt tot overreactie op schijnbare problemen die in werkelijkheid verwaarloosbaar zijn.

Andere veelgemaakte fouten zijn:

Verwarring over de grootheid. Een heatmap van totale druk ziet er anders uit dan een van statische druk, maar beide worden als “druk” benoemd. Zonder goed te controleren welke definitie is gebruikt, trek je verkeerde conclusies over verliezen in een systeem.
Te weinig aandacht voor de derde dimensie. Een heatmap op een doorsnede geeft alleen informatie over dat specifieke vlak. Buiten dat vlak kan de situatie heel anders zijn. Eén doorsnede is zelden representatief voor het hele domein.
Negeren van meshkwaliteit. Zones met een slechte mesh produceren numerieke ruis die als kleurvariatie zichtbaar is in de heatmap. Dit kan worden aangezien voor een fysisch fenomeen, terwijl het een rekenfout is.
Conclusies trekken zonder convergentiecheck. Als de simulatie niet geconvergeerd is, zijn de heatmapwaarden onbetrouwbaar, ongeacht hoe realistisch ze eruitzien.

Het is verstandig om heatmaps altijd te combineren met kwantitatieve uitvoer, zoals geïntegreerde krachten, massastromen of gemiddelde temperaturen, om te voorkomen dat visuele indrukken de besluitvorming sturen.

Wanneer is een CFD heatmap voldoende voor een ingenieursbeslissing?

Een heatmap uit een CFD analyse is voldoende voor een ingenieursbeslissing wanneer de vraag kwalitatief van aard is en de heatmap duidelijk aantoont dat een ontwerp wel of niet voldoet aan de gestelde eisen. Denk aan het bevestigen dat er geen hotspots optreden boven een grenstemperatuur, of dat de drukval over een component binnen het toegestane bereik blijft.

Een heatmap is minder geschikt als enige basis wanneer:

De beslissing afhangt van nauwkeurige kwantitatieve waarden, zoals een exacte warmteoverdrachtscoëfficiënt voor een thermisch ontwerp.
Er twijfel bestaat over de meshkwaliteit of convergentie van de simulatie.
Het gaat om een veiligheidskritische toepassing waarbij validatie met meetdata vereist is.
De geometrie sterk driedimensionaal is en één doorsnede onvoldoende informatie geeft.

Voor veel ontwerpbeslissingen in de werktuigbouwkundige praktijk, zoals het vergelijken van twee ontwerpvarianten of het lokaliseren van een problematische zone, biedt de heatmap precies genoeg informatie om snel en goed te beslissen. De heatmap is dan een efficiënt communicatiemiddel tussen de simulatiespecialist en de projectverantwoordelijke.

Hoe wij helpen met CFD analyse en heatmapinterpretatie

Onze engineers voeren CFD analyses uit voor industriële toepassingen in sectoren zoals machinebouw, food, farmacie en high-tech. We stellen niet alleen de simulatie op, maar vertalen de resultaten, inclusief heatmaps, vectorplots en kwantitatieve uitvoer, naar concrete aanbevelingen die je direct kunt gebruiken in het ontwerpproces.

Wat we daarbij bieden:

Opzet en uitvoering van stromingsanalyses (CFD) voor producten, machines en installaties
Beoordeling van meshkwaliteit en convergentie om betrouwbare resultaten te garanderen
Heldere rapportage waarbij heatmaps en andere visualisaties worden toegelicht voor zowel engineers als beslissers
Combinatie van CFD met andere analysetechnieken, zoals FEM, voor een integraal technisch advies
Tijdelijke inzet van simulatiespecialisten via Projectsupport als je team extra capaciteit nodig heeft

Wil je weten wat een CFD analyse voor jouw specifieke vraagstuk kan betekenen? Neem contact op voor een gesprek zonder verplichtingen, dan kijken we samen welke aanpak het beste past bij jouw situatie.