Flownex® SE – Features und Funktionen

Flownex® SE: CFD-Systemsimulation von Wärme- und Stofftransport

Flownex® SE bietet einen extrem robusten und schnellen Strömungslöser mit konservativer Massen-, Impuls- und Energieerhaltung für flüssige Medien, Gase, Gasgemische, Mehrphasenströmungen sowie schlammige und nicht-newtonsche Medien. Flownex kann stationäre und transiente Strömungen berechnen. Neben der Ermittlung von Strömungsgrößen wie Drücken, Massenströmen, Temperaturen, Geschwindigkeiten, Kräften usw. stehen auch physikalische Modelle für die Berücksichtigung von:

  • Wärmeübergang in angrenzende Festkörper
  • Druckstossberechnungen (Waterhammer)
  • Verbrennung
  • nuklearen Reaktoren
  • rotierenden Elementen in Turbomaschinen

zur Verfügung. Zur Auswertung der Simulationsergebnisse bietet Flownex zahlreiche Visualisierungswerkzeuge, welche die Ergebnisse auch während der Simulation „live“ in Echtzeit darstellen können.

Flownex® Modellüberblick
Flownex® Excel-Integration und Scripting

Excel-Integration & Scripting

Flownex® und Microsoft Excel sind fest miteinander integriert. Zum Beispiel bietet Flownex eine eigene Excel-Komponente, welche in Simulationsmodellen eingesetzt werden kann, um Parameter vorhandener Komponenten zu bearbeiten und als Ein- und Ausgaben zu verwenden. Weiterhin lassen sich Modellaufbau und Simulationen via Excel vollständig automatisieren um z. B. Parameterstudien durchzuführen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Simulationsergebnisse in Flownex innerhalb von Excel-Arbeitsblättern auszuwerten (Post-Prozessing). Dabei können alle Excel-Funktionalitäten eingesetzt werden. Neben der Excel-Integration besteht in Flownex auch die Möglichkeit, zusätzliche Funktionen oder Eigenschaften von Komponenten über C#-Skripte zu implementieren.

Sensitivitätsanalysen, Optimierung & Automatisierung

Flownex® SE bietet Benutzern hilfreiche Werkzeuge, um Engineering-Aufgaben mit maximaler Effizienz zu bearbeiten. Mit dem Designer steht in Flownex eine automatische Zielwertsuche zur schnellen Ermittlung von System- oder Komponentenparametern zur Verfügung.

Mit Hilfe von Sensitivitätsanalysen lassen sich die für die Funktionalität eines Systems wesentlichen Designparameter komfortabel identifizieren. Der in Flownex implementierte Optimierer verwendet intelligente Algorithmen, um System- oder Komponentenparameter zu minimieren oder zu maximieren.

Globales Parametermanagement sowie das bequeme SetUp von statischen Lastfällen oder dynamischen Szenarien erlaubt die automatisierte Durchführung von Design- und Parameterstudien.

Flownex® Designer und Optimizer
Flownex® Komponentenbibliothek

Komponentenbibliotheken

Flownex® Simulation Environment enthält eine Vielzahl von Komponenten, die fast jede Simulationsaufgabe abdecken. Die Komponenten können einzeln genutzt werden oder zu größeren Funktionsblöcken zusammengesetzt werden (Compounds). Die Flownex Komponentenmodelle basieren entweder auf geometrischen Beschreibungen des Bauteils oder erlauben die Definition des Verhaltens mittels empirisch gemessener Daten. Damit ist es möglich, jede Art von Komponente individuell zu modellieren. Für die Erstellung benutzerdefinierter Komponenten können darüber hinaus auch die Excel-Komponente oder C#-Skripte verwendet werden.

Enthalten sind u. a. Komponenten für:

  • Kessel und Behälter
  • benutzerdefinierte Verluste
  • Wärmetauscher und Wärmeübergang
  • Einlässe und Auslässe, Düsen
  • verschiedenste Rohre, Rohrverbindungen und Verteiler
  • Ventile und Restriktoren
  • Strömungsmesser
  • rotierende Elemente
  • Ventilatoren und Verdichter
  • Pumpen
  • Turbinen
  • nukleare Reaktoren
  • Verbrennung
  • mechanische Komponenten

Regelung & Steuerung

Flownex® SE erlaubt die Berücksichtigung von Reglern innerhalb der Netzwerkmodelle. Regler können in externen Programmen entwickelt und in Flownex getestet werden. Flownex verfügt aber auch über eine eigene Bibliothek für diverse Steuerungs- und Regelungskomponenten.

Die Control Library von Flownex enthält:

  • PID-Regler
  • Filter
  • Ein- und Ausgabeblöcke (I/O)
  • mathematische Funktionen
  • AD/DA-Wandler
  • Schalter
  • Zähler und Timer

welche komplexe Reglerauslegungen ermöglichen.

Flownex® Controller Bibliothek
Flownex® - Komponenten für rotierende Elemente in Tubomaschinen

Komponenten für die Modellierung von Sekundärluftsystemen in Turbomaschinen

Für die Auslegung und Optimierung der Sekundärluftsysteme in Gasturbinen bietet Flownex® spezielle Komponenten, welche die rotierenden Elemente im System physikalisch korrekt berücksichtigen. Damit ist der Aufbau extrem schneller und effizienter Simulationsmodelle für sogenannte Secondary Air Systems (SAS) möglich – von der Luftentnahme im Verdichter bis zum Austritt aus der Turbinenschaufel. Für rotierende Systeme stehen diese Komponenten zur Verfügung:

  • Wirbel (forced, real, free)
  • Labyrinthdichtungen
  • Kavitäten (R-R, R-S)
  • rotierende Ringspalte (R-S)
  • Rotierende Düsen
  • Rotierende Kanäle

Mit Hilfe der ebenfalls in Flownex verfügbaren Verbrennungskomponente sowie mit speziellen Komponenten für Filmkühlung, Prallkühlung, Strahlung usw. können auch effiziente Simulationsmodelle zur Simulation der Brennkammerwandkühlung in Triebwerken oder Gasturbinen erzeugt werden.

Modellierung von Öl-Gas-Gemischen

Flownex® bietet ein „Flüssigkeits-Gas“-Modell (liquid-gas-mixtures), welches es ermöglicht, ein Zweiphasengemisch bestehend aus mehreren Komponenten zu modellieren. Dieses Fluidmodell erlaubt es, genaue Vorhersagen der Strömungs- und Druckverhältnisse zum Beispiel für eine Öl-Gas-Strömung zu treffen und die Wechselwirkungen der Phasen adäquat zu beschreiben. Spezielle Korrelationen für Druckverluste und die Strömungsregime der einzelnen Phasen ermöglichen die effiziente Auslegung und Konstruktion von Druckschmiersystemen, welche große Bedeutung in der Industrie z.B. bei Flugzeugtriebwerken und stationären Gasturbinen haben.

Flownex® - 1D-3D Kopplung mit ANSYS

Flownex & ANSYS für 1D-3D-Kopplung

1D-Systemsimulation mit Flownex® zeichnet sich durch einfache Bedienung und sehr kurze Rechenzeiten aus. Mitunter gibt es jedoch Komponenten, die in einem 1D-Systemsimulator nicht vollständig charakterisiert werden können. In diesen Fällen ist es notwendig, eine 3D-Simulation durchzuführen. Für ein komplettes System sind 3D-Berechnungen allerdings zu zeit- und rechenaufwändig. Für diese Fälle ist eine hybride 1D-3D Simulation die ideale Lösung.

Flownex® kann direkt mit Programmen in der ANSYS Workbench gekoppelt werden, was dem Benutzer ermöglicht, z. B. Co-Simulationen mit ANSYS Fluent, ANSYS CFX oder ANSYS Mechanical durchzuführen. Die Ergebnisse werden dabei in beide Richtungen als Randbedingungen übergeben. Diese Funktionalität vereint die Vorteile aus beiden Welten und verkürzt Aufwand und Rechenzeiten erheblich, da der Großteil des Systems in Flownex® SE gelöst werden kann und die Ergebnisse gleichzeitig die hohe Genauigkeit einer 3D-Simulation beinhalten.

 

Flownex® Nuclear

Flownex® wird bereits seit den neunziger Jahren auch im Rahmen der Entwicklung von Kernkraftwerken eingesetzt. Hierzu wurde die Software nach ISO 9001:2008 und nach ASME NQA-1 zertifiziert. Für die Modellierung der Reaktorkinetik stehen verschiedene Komponenten zur Verfügung. Die PBMR-Komponente kann Kugelhaufenreaktoren der Generationen II und III abbilden und löst dabei Druckverlust, gasseitigen Wärmeübergang sowie Wärmeübergang in der Schüttung. Die generische Komponente für nukleare Reaktoren erlaubt eine geometrische Definition der Brennelemente und die Verwendung beliebiger Fluide. Beliebige Druckverlust- und Wärmeübergangskorrelationen können vom Benutzer definiert werden. Mit Hilfe dieser Komponenten ist es möglich, Kreislaufmodelle für gängige Reaktortypen zu simulieren (Generation II-IV), beispielweise für Hochtemperaturgasreaktoren (HTGR und VHTGR), Flüssigsalzreaktoren (MSR) sowie Gas- und Bleigekühlte Schnellreaktoren. Neben der Performance- und Kühlsystemanalyse ist es auch möglich, Schadstoffausbreitung bei abnormalen Betriebszuständen zu berechnen.

 

Flownex® - Modelle für nukleare Reaktoren
Flownex® - Kopplungsmöglichkeiten mit externen Programmen

Schnittstellen & Integration

Neben der integrierten Kopplung mit ANSYS bietet Flownex® weitere Standardschnittstellen zu gängigen wissenschaftlichen Softwarepaketen und erlaubt Datenaustausch und Co-Simulation. Standardschnittstellen sowie Import/Exportfunktionalität bestehen für die Kopplung mit:

  • Excel
  • MatLab/Simulink
  • Rohr2
  • EES
  • OPC
  • RELAP
  • LabView
  • MathCad

Vorhandene Daten und Modelle und Regelalgorithmen können so einfach weiterverarbeitet werden.

Über die Flownex-eigene Programmierschnittstelle für Anwendungsentwicklung (API) ist es weiterhin möglich, Kopplungen mit externen Programmen selbstständig zu realisieren sowie die Erstellung und Berechnung von Simulationsmodellen zu automatisieren und Flownex-Modelle in bestehende Prozessketten einzubinden.

 

Der FMI Link (Functional Mockup Unit Interface Link) der Flownex®-Software erlaubt es ein Netzwerk als FMU (Functional Mockup Unit) zu exportieren. Diese FMU ist kompatibel mit jeder FMI 2.0 Co-Simulation Master-Applikation.

Flownex®SE Capabilities Chart

Flownex Capabilities Chart

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