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Simulation Wie CFD die Entwicklungskosten von Industrieventilatoren senkt

| Autor/ Redakteur: Viktor Stoyanov und Stefan Recker / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Der detaillierte Blick ins Innere von Ventilatoren mit Strömungssimulationen trägt zum besseren Verständnis und so zur Reduzierung von Entwicklungskosten bei.

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Die Strömungssimulation ermöglicht eine genaue Betrachtung der Strömungsprozesse in den einzelnen Regionen des Ventilators sowie deren Wechselwirkungen innerhalb der Strömungsmaschine.
Die Strömungssimulation ermöglicht eine genaue Betrachtung der Strömungsprozesse in den einzelnen Regionen des Ventilators sowie deren Wechselwirkungen innerhalb der Strömungsmaschine.
(Bild: CD-Adapco)

Typische Anwendungen zum Abblasen oder Ansaugen von Feuchtigkeit oder anderen Medien sowie zur Trocknung und Kühlung von Bauteilen werden häufig mit Hilfe von Industrieventilatoren realisiert. Dabei ist die benötigte Luftmenge und der erforderliche Über- oder Unterdruck der jeweiligen Aufgabenstellung ausschlaggebend für den verwendeten Gerätetyp, welche sich vor allem hinsichtlich der Bauform des Ventilators (Laufrad und Gehäuse), der Motordrehzahl und dessen Leistungsstärke sowie in der Gerätegröße unterscheiden können.

Die Vielzahl von Anwendungen erfordert dabei häufig eine gezielte Anpassung der lufttechnischen Kennlinie und eine energieeffiziente Auslegung des Bestpunkts auf die individuellen Betriebspunkte der Anlagen. Möglich wird dies durch entsprechende Auslegung des Ventilatorlaufrads und seiner Drehzahl. Häufig dienen zur Vorauslegung bereits bestehende Ventilatoren als Grundlage, deren lufttechnische Eigenschaften bekannt sind, sowie empirische Berechnungsverfahren in Kombination mit dem Know-how der Ventilator-Hersteller. Durch anschließende Fertigung des Ventilators und Vermessung auf einem Luftprüfstand wird die lufttechnische Kennlinie überprüft und das Gerät freigegeben oder ggf. überarbeitet.

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Hoher Aufwand für Neuentwicklungen

Für spezielle Optimierungsmaßnahmen oder Neuentwicklungen steigt jedoch der Entwicklungsaufwand, weshalb sich mittlerweile auch für kleine und mittelständische Unternehmen die gezielte Unterstützung durch CFD-Tools anbietet, die den Entwicklungsprozess massiv beschleunigen und Fertigungsschleifen reduzieren können. Die Akzeptanz von Strömungssimulationsmethoden kann dabei deutlich durch entsprechende Vergleichssimulationen gesteigert werden und stehen daher meist zu Beginn einer geplanten Einführung oder Nutzung in Unternehmen. In diesem Artikel sollen daher für Industrieventilatoren die Ergebnisse von vorausberechneten Kennlinien mittels der zwei grundsätzlich unterschiedlichen Methoden „Empirische Vorausberechnung“ und „Numerische Simulation“ gegenübergestellt und abschließend mit realen Messergebnissen verglichen werden.

Teil einer Kooperation

Die gezeigten Ergebnisse sind Teil eines Kooperationsprojekts zwischen den Firmen Elektror Airsystems und Impetro Automotive Engineering. Elektror als Auftraggeber und einer der international führenden Hersteller von Industrieventilatoren und Seitenkanalverdichtern hat die CAD-Modelle, die empirischen Vorausberechnungen und die Messwerte zur Verfügung gestellt. Impetro Automotive Engineering als Auftragnehmer und Ingenieurdienstleister sowie Systementwickler hat den Aufbau des virtuellen Luftprüfstands und die nachfolgenden CFD-Berechnungen umgesetzt.

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