Integrierte 3DIntegrierte 3D-Strömungs-Simulation in der...
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Integrierte 3DIntegrierte 3D StrömungsStrömungs SimulationSimulationIntegrierte 3DIntegrierte 3D--StrömungsStrömungs--SimulationSimulationin der Gebäudetechnik und im Brandschutzin der Gebäudetechnik und im Brandschutz
Dr. Peter R. Bailey und Erwin G. SchnellDr. Peter R. Bailey und Erwin G. SchnellGruner AG, Basel, Schweiz Gruner AG, Basel, Schweiz
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Das Unternehmen
1862 gegründet als "Ingenieurbüro Dr. H. E. Gruner & Sohn" von g g g
Heinrich Gruner mit dem Schwerpunkt Wasserversorgung in Basel.
1947 technischer Aufsatz «Reise durch den Gotthard-Basistunnel
im Jahr 2000» von Eduard Gruner über die visionäre Idee eines ca.
50 Kilometer langen Gotthard-Basistunnels von Amsteg nach g g
Biasca mit einer Station in Sedrun.
1970 Umwandlung in die Aktiengesellschaft Gruner AG.
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Das Unternehmen
Die Gruner AG heute:
führendes Ingenieur-Dienstleistungsunternehmen in den Bereichen
Konstruktion, Tiefbau, Gebäudetechnik + Energieanlagen, Umwelt
+ Sicherheit mit internationaler Ausrichtung.
eine Unternehmensgruppe aus 12 Einzelfirmen an 26 Standorten
mit knapp 600 Mitarbeitenden.
vereint in ganz bemerkenswerter Weise die fast 150jährigeTradition
eines klassischen Ingenieurbüros mit dem hohen Anspruch an eine
moderne, leistungsfähige und effiziente Unternehmensgruppe.
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CFD-Anwendungs-Schwerpunkte
Brand- und EntrauchungssimulationBrand und Entrauchungssimulation
GebäudeaerodynamikEnergietechnik
Wasserbau
Emissionsprognosen
Umweltaerodynamik Aeroakustik
Emissionsprognosen
BauteilsimulationStrahlventilatoren
CO2-Footprint
Verfahrenstechnische Prozesse
Thermische SimulationAeroelastik
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Software-Schwerpunkte
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Ausgangslage
Während numerische Verfahren und digitale Prototypen auf vielen
Gebieten der ingenieurwissenschaftlichen Anwendung zu einemGebieten der ingenieurwissenschaftlichen Anwendung zu einem
festen Bestandteil des Entwicklungsprozesses geworden ist, hat
das digitale Zeitalter im klassischen Ingenieurbau erst begonnen.
Das ist im wesentlichen auf folgende "Hürden" zurückzuführen:
Fehlende Durchgängigkeit in der 3D-CAD-Konstruktion und
Verfügbarkeit brauchbarer 3D-CAD-Modelle
Mangel an geeigneten CAD-CAE-Schnittstellen
Mangel an physikalischen und chemischen ModellenMangel an physikalischen und chemischen Modellen
Bereitstellung der erforderlichen Hardware-Ressourcen
Psychologisch - die Kosten lassen sich nicht auf Stückzahlen
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umlegen
Prozessvergleich
7 by courtesy of
Status Quo
Design und Geometrie:
die eingesetzten CAD-Tools sind vornehmlich auf die Anwendung im
Architektur- und Planungsbereich zugeschnitten.
di d li d G t i li h t ä hli h i Fdie zugrunde liegenden Geometrien liegen hauptsächlich in Form von
2D Plänen vor, 3D Modelle haben eine eher optisch/demonstrative
Funktion und sind nicht zwingend massstäblich.
die Geometrien sind vergleichsweise einfach und wenig detailliert.
Schnittstellen:
bislang nur STL- und dwg-Formate
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Geometrieimport
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Status Quo
Räumliche Diskretisierung:Räumliche Diskretisierung:
Automatisch generierte Trimmed Meshes bzw. vorzugsweise
Polyeder-Rechengitter mit 2 bis 5 Prism-Layers.
Trotz vergleichsweise wenig komplexer Geometrien werden schon
aufgrund der Dimensionen schnell Zellanzahlen in gut zweistelliger
Millionenhöhe erreicht.Millionenhöhe erreicht.
Gängiger Detailierungsgrad im Bereich 5 bis 10 cm (Treppenstufen,
Deckenfachwerke, Säulen und Stützen).
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Modellgrösse
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Status Quo
Simulation:
Brandszenarien sind von Natur aus chaotisch.
digitale Modelle sind aufwändig, anspruchsvoll und im Begriff
tä di W it t i klständiger Weiterentwicklung.
grundsätzlich transient nicht nur im physikalisch/chemischen Sinn
(Energie- und Rauchfreisetzung, Ventilatorenanlauf, Temperaturen)
sondern auch geometrisch (Brandausbreitung, Rauchschürzen,
Klappen, Nachströmöffnungen).
t hi dli h Z it k l j h B d i d S h t i lunterschiedliche Zeitskalen je nach Brandszenario und Schutzziel-
Vorgaben von 300 s bis 30 min.
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Typischer zeitlicher Ablauf einer Brandsimulation
Vol. 100000 m3/h
3200 kW
3600 kW
4000 kW
Entrauchungsleistung [m3/h] Heat Release (HE) [kW]Heat Release (NE) [kW]
Vol. 60000 m3/h
Vol. 80000 m3/h
1600 kW
2000 kW
2400 kW
2800 kW
Heat Release (NE) [kW] SPA (VDI6019 B1 - H = 6.5 m) SPA (VDI6019 B1 - H = 5.5 m) NA_Öffnung Beginn NA_Öffnung vollendet
Vol. 20000 m3/h
Vol. 40000 m3/h
400 kW
800 kW
1200 kW
1600 kW
Vol. 0 m3/h0 s 50 s 100 s 150 s 200 s 250 s 300 s
0 kW
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Vertikal-Applikation Fire & Smoke Wizard
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Vertikal-Applikation Fire & Smoke Wizard
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Vertikal-Applikation Fire & Smoke Wizard
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Field Functions
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Steckler Benchmark
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Steckler Benchmark Geschwindigkeit
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Steckler Benchmark Temperatur
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Aktuelle Anwendungen Geometrieimport
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Aktuelle Anwendungen Polymesh
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Aktuelle Anwendungen Trimmed Mesh
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Aktuelle Anwendungen Simulationsablauf
Extinction @ 15 s
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Aktuelle Anwendungen Simulationsablauf
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Aktuelle Anwendungen Extinction
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5D-Initiative der Bauindustrie
27 by courtesy of
5D-Initiative der Bauindustrie
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Topografie-Modellierung
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Digitaler Prototyp
Verschattung
Solarertrag
Gebäudeaerodynamik
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Verschattungssimulation
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Strahlventilator und Emissionsprognose
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Aeroelastik
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