- Titel
- Numerische Simulation und Optimierung der Vernetzungsstrategien für additiv gefertigte Wärmeübertrager mit Gyroidstrukturen
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-973198
- Übersetzter Titel (EN)
- Numerical Simulation and Optimization of Meshing Strategies for Additively Manufactured Heat Exchangers with Gyroid Structures
- Konferenz
- 14. SAXSIM - SAXON SIMULATION MEETING. Chemnitz, 25.03.2025
- Quellenangabe
- 14. SAXON SIMULATION MEETING : Präsentationen und Vorträge des 14. Anwendertreffens am 25. März 2025 an der Technischen Universität Chemnitz
- DOI
- https://doi.org/10.51382/978-3-96100-248-1_v12
- Abstract (DE)
- Additiv gefertigte Strukturen, insbesondere Gyroidgitter, zeichnen sich durch ihre einzigartige Geometrie aus, die erhebliche Vorteile für die Effizienz und Leistungsfähigkeit von Wärmeübertragern bietet. Ziel dieses Beitrags ist die Entwicklung einer innovativen Vernetzungsstrategie, die eine präzise numerische Simulation der Wärmeübertragung in diesen Strukturen ermöglicht. Der Fokus liegt auf der effizienten Nutzung moderner numerischer Simulationswerkzeuge (CFD) in Kombination mit der am Laserinstitut der Hochschule Mittweida (LHM) entwickelten Mikro-SLM-Technologie, die die Fertigung hochpräziser Geometrien aus 316L-Edelstahl erlaubt. Neben der impliziten Konstruktion konzentriert sich der Beitrag auf spezifische Vernetzungsstrategien im Preprocessing der CFD-Simulation. Dazu gehören die Iteration von Wachstumsraten zur Grenzschichtvernetzung, insbesondere für das SST-k-omega-Turbulenzmodell, sowie das Wrapped-Meshing mit Interfacebildung und die Optimierung von Aspektverhältnissen bei Polyhedralen Elementen. Diese Techniken verbessern die Netzqualität erheblich und fördern die Lösungskonvergenz, was zu einer robusteren Abbildung physikalischer Prozesse führt. Die Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Vernetzungsstrategie den Rechenaufwand deutlich reduziert, ohne die Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu beeinträchtigen. Experimentelle Validierungen am Prüfstand bestätigen die Simulationsergebnisse und zeigen das Potenzial für die industrielle Umsetzung innovativer Wärmeübertrager.
- Abstract (EN)
- Additively manufactured structures, especially gyroid lattices, are characterized by their unique geometry, which offers significant advantages for the efficiency and performance of heat exchangers. The aim of this work is to develop an innovative meshing strategy that allows a precise numerical simulation of the heat transfer within these structures. The focus is on the efficient use of modern numerical simulation tools (CFD) in combination with the micro-SLM technology developed at the Laser Institute of the University of Applied Sciences Mittweida (LHM), which allows the fabrication of high-precision geometries from 316L stainless steel. In addition to implicit modeling, the paper focuses on specific meshing strategies in the pre-processing phase of the CFD simulation. These include iterative growth rates for boundary layer meshing, especially for the SST-k-omega turbulence model, as well as wrapped meshing with interface creation and aspect ratio optimization of polyhedral elements. These techniques significantly improve mesh quality and promote solution convergence, resulting in a more robust representation of the physical processes. The results show that the developed meshing strategy significantly reduces the computational effort without compromising the accuracy of the simulation results. Experimental validations on test benches confirm the simulation results and highlight the potential for industrial implementation of innovative heat exchangers.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Wärmeübertragung, Strömungssimulation, CFD, additiv gefertigte Wärmeübertrager, Vernetzung, Generative Fertigung, 3D-Druck, Gitterstrukturen, Leichtbau, implizite Konstruktion, ANSYS Fluent, SST-k-omega-Modell, parametrische Optimierung, thermodynamische Effizienz
- Freie Schlagwörter (EN)
- Heat transfer, flow simulation, additively manufactured heat exchangers, Meshing, generative manufacturing, 3D printing, lattice structures, lightweight design, implicit modeling, CFD, ANSYS Fluent, SST-k-omega model, parametric optimization, thermodynamic efficiency
- Klassifikation (DDC)
- 620
- Normschlagwörter (GND)
- Wärmeübertragung, Numerische Simulation, CFD, Additive Fertigung
- Herausgeber (Institution)
- Technische Universität Chemnitz, Chemnitz
- Verlag
- Universitätsverlag Chemnitz, Chemnitz
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-973198
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 06.06.2025
- Dokumenttyp
- Konferenzbeitrag
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY-SA 4.0