Voor een Computational Fluid Dynamics (CFD) stromingsanalyse heb je vier basisonderdelen nodig: een goed gedefinieerde geometrie, betrouwbare randvoorwaarden, de juiste softwareomgeving en voldoende rekenkracht. Zonder één van deze elementen levert een CFD analyse geen betrouwbare resultaten op. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over wat een CFD simulatie vereist en wanneer je er als industrieel bedrijf voor kiest.
Een CFD analyse heeft drie categorieën invoergegevens nodig: een nauwkeurige geometrie van het te simuleren domein, fysische randvoorwaarden zoals druk, temperatuur en stroomsnelheid, en materiaaleigenschappen van het fluïdum zoals viscositeit en dichtheid. Zonder volledige en correcte invoer is de uitvoer van de simulatie onbruikbaar.
De geometrie vormt de basis van elke stromingsanalyse. Dit is doorgaans een CAD-model van het onderdeel of systeem, zoals een pijpleiding, warmtewisselaar of behuizing. Het model wordt vervolgens omgezet in een rekenrooster, ook wel mesh of grid genoemd.
De randvoorwaarden beschrijven wat er aan de grenzen van het rekendomein gebeurt:
Daarnaast zijn de materiaaleigenschappen van het fluïdum nodig, zoals de dichtheid, dynamische viscositeit, warmtegeleidingscoëfficiënt en soortelijke warmte. Voor gassen kunnen deze eigenschappen temperatuurafhankelijk zijn, wat de invoer complexer maakt.
De meest gebruikte softwarepakketten voor Computational Fluid Dynamics zijn ANSYS Fluent, ANSYS CFX, OpenFOAM en Siemens Star-CCM+. De keuze hangt af van het type stroming, de complexiteit van de geometrie en de beschikbare licenties binnen een organisatie.
ANSYS Fluent is de meest verbreide commerciële oplossing en wordt breed ingezet in de maakindustrie, van de automotive sector tot de farmaceutische industrie. Het biedt een uitgebreide bibliotheek aan turbulentiemodellen en multifase-opties.
OpenFOAM is een open-source alternatief dat populair is in onderzoeksomgevingen en bij bedrijven die volledige controle over de solver willen. Het vereist meer expertise om correct in te stellen, maar biedt grote flexibiliteit.
Star-CCM+ van Siemens is sterk in geautomatiseerde meshing en wordt vaak gebruikt voor grote, complexe geometrieën zoals complete voertuigcarrosserieën of industriële installaties.
Naast de solver is ook pre- en postprocessingsoftware nodig. Programma’s zoals SpaceClaim of ANSA verzorgen de geometrievoorbereiding, terwijl ParaView of EnSight de resultaten visualiseren.
De nauwkeurigheid van een CFD analyse hangt direct af van de kwaliteit van de invoergegevens, de keuze van het turbulentiemodel en de fijnheid van het rekenrooster. Een goed opgezette simulatie met gevalideerde randvoorwaarden komt doorgaans binnen enkele procenten van gemeten waarden uit.
Drie factoren bepalen de nauwkeurigheid in de praktijk:
In de industriële praktijk wordt CFD zelden als absolute waarheid gebruikt, maar als een sterk hulpmiddel om trends te begrijpen, ontwerpen te vergelijken en probleemgebieden te identificeren voordat een prototype wordt gebouwd.
De benodigde rekenkracht voor een Computational Fluid Dynamics simulatie varieert sterk: eenvoudige 2D-stromingsanalyses draaien op een gewone werkstation-pc, terwijl complexe 3D-simulaties met turbulentie, warmteoverdracht of meerfasenstroming een high-performance computing (HPC) cluster vereisen met tientallen tot honderden processorkerns.
De omvang van het rekenrooster is de belangrijkste bepalende factor. Een mesh van een miljoen cellen is haalbaar op een krachtig werkstation. Simulaties met tientallen miljoenen cellen, of tijdsafhankelijke (transiënte) berekeningen, vragen om parallelle berekening op meerdere processoren.
In de praktijk kiezen veel bedrijven voor cloudgebaseerde rekencapaciteit of externe HPC-diensten om piekbelasting op te vangen zonder zelf in dure hardware te investeren. Sommige softwarepakketten, zoals ANSYS Fluent, ondersteunen directe integratie met cloudplatformen zoals AWS of Microsoft Azure.
Je kiest voor een CFD analyse wanneer de stroming te complex is voor analytische of empirische methoden. Dit is het geval bij driedimensionale stromingen, geometrisch ingewikkelde systemen, turbulente of meerfasenstroming, of wanneer lokale effecten zoals drukpieken en temperatuurgradiënten zichtbaar moeten worden.
Een handberekening volstaat voor eenvoudige situaties, zoals het bepalen van het drukverlies in een rechte pijp met bekende parameters. Gebruik daarvoor de Darcy-Weisbach vergelijking of de continuïteitsvergelijking. Dat is sneller, goedkoper en transparanter.
Kies voor een CFD simulatie wanneer:
De twee methoden sluiten elkaar niet uit. In een goed opgezet project gebruik je handberekeningen voor een eerste schatting en valideer je de CFD analyse daarna aan die resultaten.
Een CFD analyse wordt uitgevoerd door een gespecialiseerde werktuigbouwkundig engineer met kennis van stromingsleer, numerieke methoden en de gebruikte software. In industriële projecten is dit doorgaans een engineer binnen de R&D- of engineeringafdeling, of een externe specialist die tijdelijk wordt ingeschakeld.
De uitvoering vereist meer dan alleen softwarekennis. Een goede CFD specialist begrijpt de onderliggende fysica, herkent onrealistische resultaten en weet wanneer een simulatie verder gevalideerd moet worden. Dat onderscheidt een betrouwbare analyse van een misleidend resultaat.
In de maakindustrie werken CFD specialisten vaak samen met constructeurs en projectleiders. De simulatie is zelden een doel op zich, maar een middel om een ontwerp te verbeteren, een probleem te diagnosticeren of een beslissing te onderbouwen.
Binnen onze Development & Engineering dienstverlening voor analyse en simulatie voeren we Computational Fluid Dynamics analyses uit voor industriële klanten in sectoren zoals de machinebouw, food-industrie, farmaceutische industrie en de procesindustrie. We combineren klassieke handberekeningen met geavanceerde stromingssimulaties, afhankelijk van wat de situatie vraagt.
Wat je van ons kunt verwachten:
Wil je weten wat een CFD analyse voor jouw project kan betekenen? Neem contact met ons op voor een vrijblijvend gesprek over de mogelijkheden.
Over AKOS
AKOS is een advies- en ingenieursbureau gericht op het ontwikkelen van de industrie door het leveren van expertise en oplossingen op het gebied van mens, productie en technologie.
Menu
Terugbelverzoek
