"Dank sauberer Geometrie wird unsere CFD immer besser"

Der Anbieter CD-adapco gilt als Erfinder der CFD, also derStrömungssimulation per Computer. ATZextra sprach mit Dr. RichardJohns, Automotive Director, über die Trends in der Berechnung vonFluiden, über neue Vernetzungs- und Wrapping-Methoden sowie darüber,wie das Wärmemanagement eines Fahrzeugs verbessern werden kann.

Herr Dr. Johns, wie schafft man es, fast 25 Jahre führend bei CFD zusein? Denn CD-adapco als Erfinder der CFD bot bereits 1987 mit Star-CDeines der ersten kommerziell verfügbaren Programme für dieStrömungssimulation mit unstrukturierten Gittern an.
Für unseren Präsidenten Steve MacDonald war und ist es ein ganzwichtiges Anliegen, immer die besten Köpfe aus aller Welt zu haben.Bloß Software entwickeln, das allein reicht nicht. Was nützt die besteSoftware, wenn man nicht die geeigneten Mitarbeiter hat, sieweiterzuentwickeln, zu vermarkten und die richtige Bedienung zuvermitteln? Nur so bleibt man auf dem höchsten Niveau bei Technik undStrömungssimulation. Zusätzlich gilt es, dies mit den Anforderungenunserer Kunden zu kombinieren. Wichtig für die Marktführerschaft sindGenauigkeit, Effizienz, Benutzerfreundlichkeit und die Qualität einerCFD-Software.

Wie stabil läuft Ihre Star-CD-Software?
Die Stabilität des Programms liegt bei 99,99 Prozent - im Vergleich mitPC-Betriebssystemen ein super Wert. Bei der Wahl des Betriebssystems,ob MS-Dos, Windows XP oder Vista, sind wir flexibel und richten unsnach dem Auftraggeber. Der Kunde soll viel Gegenwert für sein Geldbekom¬men, sei es durch das Softwarepaket oder unseren besonderenService/Support mit einem persönlichen Betreuer. Der kann sich wiederumbei Sonderfragen an interne Spezialisten wenden. Ein Basis-Support istin jedem Softwarepaket inbegriffen.

Wie lässt sich das Vernetzen weiter vereinfachen? Wo sind die Grenzen?
Es gibt da ein paar Probleme beim Berechnen von Strömungen. Das ersteist, dass die Geometrie - aus CAD-Systemen übernommen - sauber, dasheißt ohne "Löcher" sein muss. Dazu gibt es oft Unstimmigkeiten, wennein Modell aus vielen zusammengebauten Komponenten besteht. SurfaceWrapping ist ein stabiles und sehr schnelles Werkzeug zur Aufbereitungkomplexer Geometrien - zum Beispiel gerade für die vielen Bauteileunter der Motorhaube. Unser Surface Wrapper in Star-CCM+ stellt aus denCAD-Daten eine saubere Geometrie für die weitere Bearbeitung zurVerfügung. Hat der Konstrukteur korrekt gearbeitet, benötigt man diesenSchritt allerdings nicht. Genau hier kann man aber von 1995 bis heuteden Trend erkennen, dass dank besserer CAD-Systeme immer sauberergearbeitet wird, was dem CFD-Anwender zu Gute kommt.

Wie gut werden denn die Rechenergebnisse?
Wichtig ist, dass die Randbedingungen und Grenzschichten genaudefiniert sind. Damit legt man die Genauigkeit der Ergebnisse fest. Alldiese Module zur Gitteroptimierung haben wir bei uns schon eingebaut.Unsere Produkte Star-CD und Star-CCM+ sowie die Marktkonkurrenten habenhier ein hohes Niveau erreicht. Bemerkenswert ist aber, dass einigeKunden unser CAE-Werkzeug Star-CCM+ nur wegen des guten SurfaceWrapping gekauft haben, obwohl es ja eigentlich mit seinemBerechnungs-Modul noch viel mehr kann. Es ist schnell, stabil undbildet Geometrien korrekt ab.

Welche Fortschritte gibt es bei Fahrzeugaerodynamik und Wärmemanagement?
Die Karosserie-Aerodynamik hat zwar vom cw-Wert wenig Fortschrittegemacht, aber die Detailoptimierung wie beispielsweise an Außenspiegelnist wegen der Vielfalt an Fahrzeugmodellen nur über CFD möglich. Stattaufwändiger Versuche im Windkanal ist hier unser Tool unverzichtbar,vor allem bei Sportwagen. Dasselbe gilt für das Wärmemanagement. DieDesigner sehen immer weniger Düsen und Klappen vor, um den Innenraum zuheizen oder zu kühlen. Hier ist dann eine Optimierung mit CFD ebensogefragt wie für die Kühlung der Komponenten im Motorraum, weil an derFahrzeugfront aus Designgründen nur noch wenige Lufteinlässe erwünschtsind. Selbst der Dieselpartikelfilter muss außen strömungstechnisch undvom Wärmeübergang her genau untersucht werden, soll doch den Insassenim Fond nicht zu heiß werden.

Schon oft angekündigt - wann gibt es den komplett virtuellen Motor oder das Fahrzeug als ganzes Simulationsmodell?
Oh, mehr und mehr. Wir sind hier auf dem richtigen Weg, Schritt fürSchritt immer mehr Modelle von Subsystemen zu einenGesamtfahrzeug-System zu verknüpfen. Gerade unter verschiedenenFragestellungen kommt diesem Thema immer mehr Bedeutung zu, um dieEinflüsse - auch unerwartete - effektiv mit CFD analysieren zu können.Das reicht vom Schwappen des Tankinhalts über das Kühlen vonScheibenbremsen bis hin zu Lackierprozessen oder dem Zurücksprit¬zendes Kraftstoffs am Tankstutzen beim Befüllen.

Wäre es nicht sinnvoll, Strömungssimulation und Strukturberechnungzusammenzuführen, um diese interdisziplinäre Fragen umfassend zubehandeln?
Ja, auf jeden Fall. Und hierzu hat CD-adapco bereits 2004 seineSoftwarelösung Star-CCM+ auf den Markt gebracht. Normalerweise denktman in einzelnen Disziplinen - wie Strömungssimulation,Strukturberechnung und Wärmeübergang. Nehmen Sie zum Beispiel einenZylinderkopf: Liegt die Ursache einer Fehlfunktion in Spüleffekten amVentil, ist es ein Spannungsproblem wegen der Verbrennungsdrücke, oderist es ein Wärmeübergangsproblem in Zusammenhang mit demKühlwasserkreislauf? Hier hilft die komplette Simulation aller Effekteinnerhalb von Star-CCM+ enorm.

Wie genau sind Modelle heute?
Die Genauigkeit der physikalischen Modelle und ihre Realitätsnähewerden heute nicht mehr in Frage gestellt; eher müssen die Prozessestärker Hand in Hand greifen. Heute erwartet man noch, dass eineCFD-Berechnung in zwei Wochen fertig ist. Schon 2012 wird man dafür nurnoch einen Tag zur Verfügung haben. Heute hat ein Aerodynamik-Modell inder Industrie durchschnittlich 80 Millionen Zellen - das gab es 1995nur an ein paar Universitäten.

Herr Dr. Johns, ich bedanke mich für das Gespräch.


Autor(en): Michael Reichenbach

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