Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Mathematische Simulationen

Mehrwert der Simulationen auf einen Blick

Optionen für die Simulation am Fraunhofer IFAM Dresden auf verschiedenen Ebenen der Analyse
© Fraunhofer IFAM Dresden
Optionen für die Simulation am Fraunhofer IFAM Dresden auf verschiedenen Ebenen der Analyse

Ein wichtiges Werkzeug bei der wärme- und strömungstechnischen Auslegung energietechnischer Komponenten ist die mathematische Simulation von Impuls-, Wärme- und Stofftransportvorgängen. Der Nutzen liegt in der:

  • Reduktion von Kosten mithilfe virtueller Prototypen und digitaler Zwillinge durch Reduktion physischer Testschleifen
  • Verkürzung der Zeit zur Marktüberführung von Produkten durch schnellere Design-Iterationen
  • Verringerung von Risiken durch belastbare Daten vor Investitionen
  • Nachhaltigkeit durch geringen Materialeinsatz und Energieverbrauch

Am Fraunhofer IFAM Dresden können Sie neben der langjährigen Erfahrung im Bereich der Simulation von direkten Schnittstellen zur experimentellen Validierung im Wärmetechnischen Labor und die direkte Einbindung der Kompetenzen in der Materialentwicklung profitieren.

Leistungsangebot

Arbeitsschritte zur Simulation von Mikrostrukturen am Beispiel eines Metallfaser-Netzwerkes. Ausgangsprobe, µCT-Voxeldaten, extrahierte Faserstruktur, Isobaren, Stromlinien und Auswertung
© Fraunhofer IFAM Dresden
Arbeitsschritte zur Simulation von Mikrostrukturen am Beispiel eines Metallfaser-Netzwerkes. Ausgangsprobe, µCT-Voxeldaten, extrahierte Faserstruktur, Isobaren, Stromlinien und Auswertung

Wir unterstützen Sie in alle Entwicklungsphasen bei der Nutzung mathematischer Simulationen:

Analyse & Modellaufbau

  • Aufnahme von Randbedingungen, Materialdaten und Zielgrößen
  • Digitale Zwillinge vom porösen Werkstoff bis zur Gesamtanlage

Simulation & Optimierung

  • Analyse mithilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) und Computational-Fluid-Dynamics (CFD)
  • Durchführung parametrischer Studien
  • Nutzung von Optimierungsverfahren

Experimentelle Validierung im Wärmetechnischen Labor

  • Teststände bspw. für Wärmeleitfähigkeit, Wärmeübergangskoeffizienten, Druckverlust oder Zyklentests thermischer Speicher
  • Entwicklung und Test von geeigneten Labordemonstratoren zum Funktionsnachweis

Methodik und Werkzeuge

© Fraunhofer IFAM Dresden
Temperaturverteilung entlang des Strömungsweges in einem Rohrbündel-Lamellen-Wärmeübertrager berechnet mit COMSOL MULTIPHYSICS©, kleines Bild: Berechnungsgitter um eine Rohr-Lamelle-Verbindungsstelle
Skala Software typische Ergebnisse
Mikrostruktur OpenFOAM, GeoDict Materialkennwerte z. B. Wärmeleitfähigkeit oder Permeabilität
Komponente COMSOL Multiphysics, OpenFOAM, OpenModelica, (MS Excel) Temperatur- und Strömungsfelder (bspw. Hot Spots)
System OpenModelica Dynamisches Systemverhalten, Auswirkung verschiedener Regelungsstrategien

Anwendungsbeispiele der Simulation am Fraunhofer IFAM Dresden

Komponentenmodell in OpenModelica zur Analyse der Drucklufterzeugung mittels Niedertemperatur-Abwärme
© Fraunhofer IFAM Dresden
Komponentenmodell in OpenModelica zur Analyse der Drucklufterzeugung mittels Niedertemperatur-Abwärme
  • Thermische Speicher & Abwärmenutzung – Auslegung, Lastprofile, Wirtschaftlichkeits­bewertung
  • Hochleistungs-Wärmeübertrager – Strömungs- & Temperaturfelder optimieren, Druckverlust minimieren
  • Porenstrukturen für Elektrolyse – Permeabilität, Wärmeübertragung und Gasdiffusion virtuell testen
  • Batteriethermomanagement – Zelltemperatur­homogenität sichern, Hot-Spots vermeiden
  • Werkzeugtemperierung bei verschiedenen Fertigungsverfahren – Zykluszeiten verkürzen, Qualitäts­schwankungen reduzieren, Abwärmenutzung
  • Ihre individuelle Anwendung – Wir modellieren auch komplexe Sonder­prozesse

Das könnte Sie auch interessieren: