Systemsimulation

Kürzere Entwicklungs­zyklen und bessere Produkte durch System­simulation

Wie unterstützen Sie bei der Entwicklung komplexer Produkte mit unserem Know-How zu Thermodynamik, Verfahrenstechnik und Simulation.

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Was ist Systemsimulation?

Mit der Systemsimulation werden technische Systeme in mathematischen Modellen nachgebaut, um deren Verhalten am Computer durch numerische Simulation vorhersagen zu können. So können Probleme frühzeitig erkannt werden und umfangreiche Variantenstudien durchgeführt werden.

Im Gegensatz zur detaillierten Strömungssimulation (CFD) oder thermischen Analyse in Festkörpern (FEM) werden bei der Systemsimulation gröbere räumliche Auflösungen verwendet. Es stehen die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Systemkomponenten und physikalischen Effekten im Vordergrund. Daher haben sich auch die Begriffe 0D/1D-Simulation und Multiphysik-Simulation etabliert. Beide können als Synonym zu Systemsimulation gesehen werden.

Es können sowohl stationäre als auch dynamische Fragestellungen untersucht werden. Weitverbreitete Tools zur Systemsimulation sind Simulink und Dymola, wobei es noch ein Vielzahl anderer allgemeiner und anwendungsspezifischer Tools gibt. Wir kennen uns sowohl in der Theorie als auch in der Praxis der Technologie Systemsimulation bestens aus. Dieses Wissen teilen wir gerne mit Ihnen!

TIL Suite system model on a laptop

Vorteile der Systemsimulation

Domänen der Systemsimulation

Thermische Systeme

Wir kennen uns bestens mit den Grundlagen der Thermodynamik aus und modellieren nahezu jedes thermische System.

Für viele Anwendungen haben wir fertige Simulationsmodelle in unserer Modellbibliothek TIL und können sehr schnell Ergebnisse liefern, zum Beispiel für Kältekreisläufe, Wärmepumpen, Batterie-Thermomanagement und Wasserstofftankstellen.

In individuellen Projekten passen wir vorhandene Modelle an oder entwickeln neue Simulationsmodelle, um Ihre konkreten Fragestellungen zu beantworten.

Model of a hydrogen filling station

Multiphysik Simulation

Wir sind zwar Experten für thermische Systeme, aber wir wissen, dass die Welt nicht nur aus Druck, Temperatur und Enthalpie besteht. Um zum Beispiel den optimalen Kältemittelverdichter zu entwickeln, müssen Mechanik und Elektrotechnik berücksichtigt werden.

In den meisten Projekten setzen wir die Modellierungssprache Modelica ein. Diese gleichungsorientierte Sprache ist ein perfektes Werkzeug, um domänenübergreifend Systeme zu modellieren.

Für viele technische Bereiche gibt es Modellbibliotheken und Experten, die sich damit auskennen. Mit denen arbeiten wir gerne gemeinsam an Ihren Aufgaben.

Für die Systemsimulation nutzen wir die besten Werkzeuge...

...und wenn wir keins finden, bauen wir es einfach selbst.

TIL Suite

Unsere Modellbibliothek für thermische Systeme

MUSCOD

Leistungsstarker Optimierungsalgorithmus

Modelica

Objektorientierte, fachübergreifende Modellierungssprache

Python

Universelle, höhere Programmiersprache

TLK Energy Apps

Cloud-Simulationsplattform

Systemsimulation ins Unternehmen integrieren

Systemsimulation beauftragen

Der einfachste Einstieg in die Welt der Systemsimulation gelingt im Projekt. Gerade wenn im Unternehmen noch keine Simulationskompetenz vorhanden ist, macht es Sinn, dass wir den Modellbau und die Simulation übernehmen.

Systemsimulation selbst durchführen

Mit Simulationskompetenz im eigenen Unternehmen können Sie unabhängig Simulationen durchführen. Die dazu nötige Software und Beratung erhalten Sie bei uns. Den Umgang mit der Software lernen Sie in unseren Schulungen.

Referenzen

Emerson

Konzepte für Supermarkt-Kälteanlagen mit CO2-Kreislauf

Emerson entwickelt Komponenten und Systeme für die Supermarktkälte. Aufgrund seiner Umweltvorteile gewinnt CO2 als Kältemittel in diesem Bereich immer mehr an Bedeutung. Aber im Vergleich zu traditionellen Kältemitteln sind die thermodynamischen Eigenschaften von CO2 völlig anders (hohe Drücke und niedrige kritische Temperatur). Das Design von effizienten CO2-Zyklen ist eine Herausforderung und es gibt viele verschiedene vorgeschlagene Zykluskonzepte. Gemeinsam mit Emerson-Experten haben wir Simulationsmodelle für eine Reihe verschiedener Konzepte entwickelt und eine Simulationsstudie durchgeführt, um die saisonale Effizienz dieser Zyklen zu vergleichen.

Eric Winandy et al: Bewertung der saisonalen Effizienz verschiedener CO2-Booster-Architekturen für unterschiedliche Klimazonen. DKV Jahrestagung, 2018

Vaillant

Wärmepumpen­modellierung für HiL-Tests

Vaillant hat in der Entwicklung von Wärmepumpenreglern eine umfassende Teststrategie etabliert. Bevor die Regler im Labor an reale Wärmepumpen angeschlossen werden, werden sie an virtuelle Wärmepumpen angeschlossen, die auf einer speziellen Echtzeit-Simulationshardware und -software von dSPACE laufen. Entscheidend für diese sogenannten Hardware-in-the-Loop (HiL)-Tests sind Simulationsmodelle der Wärmepumpen. Wir haben diese Modelle für Vaillant mit unserer Modelica-Bibliothek TIL entwickelt und eine zuverlässige Werkzeugkette aufgebaut, um diese Modelle auf die dSPACE-Plattform zu exportieren. Die Modelle beinhalten ein vollständiges dynamisches physikalisches Modell des Kältekreislaufs. Es kann die Umschaltung der Kältemittelflussrichtung, die durch unterschiedliche Modi für Abtauung, Heizung und Kühlung verursacht wird, verarbeiten. Vaillant erkennt nun Probleme im Regelungscode viel früher und spart mit diesen virtuellen Tests eine beträchtliche Menge an teuren Laborversuchen.

Manuel Gräber et al.: Physical Modeling of Heat Pumps for Hardware-in-the-Loop Testing. 13th International Modelica Conference, 2019

Volkswagen

Batterie-Thermomanagement

Gemeinsam mit Volkswagen haben wir Simulationsmodelle für Batterie-Thermomanagementsysteme entwickelt. Die Geometrie der Kühlplatten und ihre Strömungsmuster werden durch Diskretisierung mit finiten Volumina berücksichtigt. Im Vergleich zu detaillierten CFD-Simulationen ist die räumliche Auflösung deutlich geringer, aber immer noch hoch genug, um zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Dieser Ansatz reduziert die Berechnungszeit drastisch und ermöglicht die Verwendung von numerischen Optimierungsalgorithmen oder groß angelegte Simulationsstudien. Kühlsysteme können mit weniger Druckverlust und erhöhter Energieeffizienz ausgelegt werden.

Robert Wendland et al.: Dynamic Optimization of Thermal Management and Cooling Plate Design for Battery Systems. 27th Aachen Colloquium Automobile and Engine Technology, 2018

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