Simulation von Strömungen

FlowDict

FlowDict berechnet effektive Materialeigenschaften (Strömungsgeschwindigkeit, Strömungsdurchlässigkeit und Strömungswiderstandskraft) durch Simulation von Strömungsexperimenten und Nachbearbeitung der Simulationsergebnisse.

Ein Strömungsexperiment in FlowDict erfordert eine Auswahl aus folgenden Eingabemöglichkeiten:

  • 3D Darstellung einer Struktur oder eines Materials
  • newtonsches Fluid (flüssig oder gasförmig) mit konstanter Dichte (inkompressible)
  • experimentelle Prozessparameter wie Massenstrom und Strömungsrichtung

Anwendungsbeispiele

  • Bestimmung der Durchlässigkeit von Luft und Wasser im Gewebe 
  • Untersuchung der Permeabilität und des Druckabfalls in Filtermedien
  • Vorhersage der Permeabilität zur Gewinnung von Gas in Gasreservoirs
  • Charakterisierung der Strömungseigenschaften des Grundwassers in Grundwasserleitern
  • Vorhersage der absoluten Permeabilität von digitalen Gesteinen für die tertiäre Ölgewinnung

Anwendungsbeispiele

FlowDict Features

FlowDict kann drei Kategorien von Berechnungen durchführen:

  • Vorhersage der mittleren Strömungsgeschwindigkeit für einen gegebenen Druckabfall 
  • Vorhersage des Druckabfalls für eine gegebene mittlere Strömungsgeschwindigkeit 
  • Vorhersage des vollen oder partiellen Permeabilitätstensors

Post-Processing in FlowDict

In der Nachbearbeitung berechnet FlowDict die Permeabilität des Materials nach Darcys Prinzip aus der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, der Flüssigkeitsviskosität, des Druckabfalls und der Mediendicke. Das Darcy Prinzip gilt nur für sehr langsame Strömungen (Stokes-Strömungen) mit einer Reynolds-Zahl von Null.

Schnellere Strömungen werden durch die Navier-Stokes-Gleichung beschrieben. Für schnellere Strömungen ist die Beziehung zwischen Druckabfall und mittlerer Geschwindigkeit nicht linear.

Für langsame und schnellere Strömungen nimmt FlowDict an, daß es sich um ein stationäres Strömungsregime handelt ohne zeitabhängiges Verhalten wie etwa Turbulenzen. Daher können weder die mittlere Strömungsgeschwindigkeit noch der Druckabfall beliebig groß werden.

FlowDict erlaubt die Berechnung stationärer Strömungen für die folgenden Gleichungen:

  • Stokes (mit EJ, SimpleFFT, oder LIR) 
  • Stokes-Brinkman (mit SimpleFFT oder LIR) 
  • Navier-Stokes (mit SimpleFFT oder LIR) 
  • Navier-Stokes-Brinkman (mit SimpleFFT oder LIR)

Für sehr schnelle Strömungen, bei denen keine stationäre Lösung existiert, lassen sich der Druckabfall und die mittlere Strömungsgeschwindigkeit über die Forchheimer Approximation vorhersagen.

FlowDict bietet ebenfalls einen Export zu Drittanbieter-Programmen: 

  • Navier-Stokes (Fluent) 

Lösertechnologien in FlowDict

FlowDict bündelt drei Löser, die jeweils für verschiedene Material geeignet sind:

Explicit Jump (EJ)

benutzt ein uniformes Gitter um Geschwindigkeit und Druck zu diskretisieren. Der Löser ist sehr schnell für hochporöse Medien.

SimpleFFT

benutzt ebenfalls ein uniformes Gitter und eignet sich hervorragend für niederporöse Medien.

LIR Löser

benutzt ein adaptives Gitter um Geschwindigkeit und Druck zu diskretisieren. Der Löser ist sehr schnell für hochporöse Medien und verbraucht nur sehr wenig Arbeitsspeicher.

Welche zusätzlichen Module werden benötigt?

ModuleAnwendungen
GeoDict Base Bietet die Grundfunktionalität von GeoDict [notwendig]
ImportGeo-Vol Import und die Segmentierung der µCT-Bilder und darauf basierend Generierung der 3D-Microstrukturmodellen [optional]
Digitales Materialdesign Anwendungsrelevante Module zum Erstellen und Modellieren von 3D-Microstrukturmodellen in GeoDict [optional]

FlowDict wird für die Funktion anderer Module benötigt

ModuleAnwendungen
FilterDictdie Löser von FlowDict zur Berechnung von Strömungsfeldern sowie Druckabfall und mittlere Strömungsgeschwindigkeit
AddiDictStokes Löser zur Berechnung von Strömungsfeldern
AcoustoDictStokes Löser zur Berechnung der Permeabilität
SatuDictStokes Löser zur Berechnung der relativen Permeabilität