Prozesssimulation in der Lebensmittelindustrie

MESHFREE simuliert u.a. vielfältige Verfahren der Lebensmittelindustrie simulieren, so zum Beispiel die Entstehung von Schaum beim Befüllen eines Bierglases.

Ins Detail gehen

Die Kármánsche Wirbelstraße ist ein Phänomen in der Strömungsmechanik, bei dem sich hinter einem umströmten Körper gegenläufige Wirbel ausbilden. Flexible Verfeinerungsstrategien in MESHFREE ermöglichen schnelle Rechenzeiten mit Detailtreue zu kombinieren.

Gitterfreie Simulation mit MESHFREE

Mit MESHFREE stellen wir in Kooperation mit dem Fraunhofer SCAI ab 2018 ein innovatives Softwareprodukt zur gitterfreien Simulation physikalischer Prozesse bereit. MESHFREE bündelt die Expertise beider Institute im Bereich des gitterfreien wissenschaftlichen Rechnens.

 

Universelles Modell für Flüssigkeiten und feste Stoffe

MESHFREE basiert auf einem allgemeinen Materialmodell. Diese Allgemeinheit erlaubt es, auch komplexes Materialverhalten (nicht-newtonsche Fluide, Viskoelastizität) abzubilden und mit der gleichen numerischen Methodik zu behandeln. Für die Auswahl des Lösungsalgorithmus muss das Medium nicht in flüssig oder fest eingeteilt werden. Die Angabe der Materialeigenschaften wie z. B. Viskosität oder Elastizität in Form eines Schubmoduls reicht aus, um das Verhalten des Mediums mit MESHFREE vorherzusagen.

 

Mit MESHFREE ohne Gitter schneller zum Ergebnis

Die Software verbindet die Finite-Pointset-Methode (FPM) zur Lösung der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie mit effizienten Algorithmen zur Lösung linearer Gleichungssysteme. Die Technologie basiert nicht auf den geometrischen Eigenschaften eines Rechengitters; damit entfällt das langwierige Erstellen und Aufarbeiten dieser Netze.

Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD Tools und verwendet sie für die Simulation. Durch das Fehlen eines Rechengitters ist MESHFREE enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie beispielsweise bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen.

Eine Simulation eines Rührprozesses mit MESHFREE.

 

Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD Tools und verwendet sie für die Simulation. Durch das Fehlen eines Rechengitters ist MESHFREE enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie beispielsweise bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen. 

© Fraunhofer ITWM

Eine Simulation eines Rührprozesses mit MESHFREE.

 

Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD Tools und verwendet sie für die Simulation. Durch das Fehlen eines Rechengitters ist MESHFREE enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie beispielsweise bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen. 

© Fraunhofer ITWM

Eine Simulation eines Rührprozesses mit MESHFREE.

 

Der Benutzer exportiert direkt die Geometrie aus gängigen CAD Tools und verwendet sie für die Simulation. Durch das Fehlen eines Rechengitters ist MESHFREE enorm flexibel in der Organisation der Rechenpunkte; denn es entsteht kein aufwändiges Anpassen der Netztopologie bei hochdynamischen Prozessen – wie beispielsweise bei Strömungen mit freien Oberflächen oder sich schnell bewegenden Geometrieelementen. 

Seitliches Überschlagen eines Fahrzeugs im Sand
© Volkswagen AG

Wir setzen mit dem Automobilhersteller VW die Anbindung an das Softwarepaket VPS (Virtual Performance Solution) der ESI Group um, zum Beispiel um Rollover-Vorgänge auf sandartigen Untergründen zu simulieren.

Eine Simulation eines Rührprozesses mit MESHFREE.
© Fraunhofer ITWM

Simulation eines Rührprozesses mit MESHFREE.

Weiterhin passt sich MESHFREE effizient an bewegliche Geometrien wie Rührwerke von Mischanlagen oder die Bewegung freier Flächen an. MESHFREE-Simulationen können somit ein breites Anwendungsspektrum abdecken.

MESHFREE-Simulationen können in vielen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise

  • Wassermanagement in der Autoindustrie,
  • Regenwasserströme,
  • Schaumbildung,
  • Pressprozesse,
  • anspruchsvolle Fluid-Struktur-Wechselwirkungen,
  • Dynamik von granularen Medien wie Sand, Kies, Schnee, Getreide, Mehl, etc.

Außerdem erweitern wir deutlich den Fokus gitterfreier Simulationen, denn zum einen setzen wir auf völlig neue Applikationen, z.B. Beispiel Prozesse in der Lebensmittelindustrie oder in der Verfahrenstechnik, zum anderen haben wir eine deutlich größere Bandbreite modellierbarer Materialien im Blick. Wir fokussieren neben klassischer numerischer Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) auch Nicht-Newtonsche Fluide – beispielsweise Schäume, Teig oder Polymerschmelzen.

 

Synthese erfolgreicher Softwarepakete

Die moderne GUI erlaubt es, sich vollständig auf das physikalische Modell zu konzentrieren und nicht auf Aspekte der Softwarekonfiguration. Auch in der Nachbearbeitung setzt MESHFREE auf Benutzerfreundlichkeit. Die leistungsfähige und flexible Nachbearbeitungseinheit extrahiert Informationen aus den Rohdaten der Simulation, so dass der Anwender direkt Rückschlüsse auf das Produktdesign ziehen kann.

Mit MESHFREE profitiert der User von der langjährigen Erfahrung und Expertise der Fraunhofer-Institute ITWM und SCAI in der Simulation komplexer physikalischer Prozesse. Das Produkt ist eine Synthese aus zwei Softwarepaketen (FPM und SAMG), die schon seit über 15 Jahren erfolgreich in vielen unterschiedlichen Industriebranchen vertrieben und kontinuierlich weiterentwickelt werden.

Video: Simulation einer Wasserdurchfahrt eines Autos

MESHFREE-Simulation aus der Automobilbranche

Die Geometrie des Autos wurde vom Lehrstuhl Aerodynamics and Fluid Mechanics der TU München erstellt.

Video: Simulation der Wolfsgruben-Lawine

MESHFREE-Simulation einer Lawine

Simulation der Wolfsgruben-Lawine (13. März 1988), Geodaten: mit freundlicher Unterstützung der BFW Österreich

Projektbeispiel

 

SimuSTART – Einfacher Einstieg in Simulation

Im Projekt SimuSTART entwickelt wir mit dem Fraunhofer SCAI eine auf KMU zugeschnittene Lösung, die den Einstieg in MESHFREE und in die Welt der gitterfreien Simulation erleichtert.