Meshless: Simulation eines komplexen Wärmetauschers mit SIMSOLID ohne Vernetzung

Wärmeübertrager können sehr komplex aufgebaut sein. Bei Wärmeübertragern finden wir auf nahezu jedem Bauteil verschiedene Lasten z. B. aus Druckunterschieden der Rohr- und Mantelseite, Temperaturlasten hervorgerufen durch Wärmeausdehnung und Stutzenlasten durch die angeschlossenen Rohrleitungen. Zusätzlich können noch äußere Lasten wie Windlasten oder Erdbebenlasten den Tauscher bestimmen.

Bisher wurden die Nachweise der Spannungen und Stabilitätsnachweise mittels Formeln aus den verschiedenen Regelwerken wie z.B. ASME, AD oder EN geführt oder bei sehr komplexer Aufgabenstellung auch mit FEM. Der Nachteil einer FEM Berechnung ist in diesem Fall, dass wir ein sehr feines Netz auf der Rohrplatte benötigen, um das Problem auf diesem stark perforierten Teil zu lösen. Auf der anderen Seite kann das Bauteil bezüglich des Durchmessers auch sehr groß werden, was dazu führt, das man sehr viele Elemente für das Netz benötigt und somit eine sehr lange Berechnungszeit entsteht.

Nehmen wir den folgenden Wärmetauscher. Diese komplexe Baugruppe besteht aus 566 einzelnen Teilen inklusive 112 Schrauben und Muttern, die ebenfalls in der Simulation erfasst werden inkl. deren Anzugsmoment.

  • Modell

  • Transparente Ansicht des Wärmetauschers, um die inneren Rohre anzeigen zu können

  • Detailansicht der inneren Rohre, Mantel ausgeblendet

Mit SIMSOLID kann man nicht nur die Rohrplattenverschiebungen und -spannungen in einem Bruchteil der Zeit berechnen, den man für die Vernetzung bei einer FEM Berechnung benötigt, sondern man kann auch die Lasten, die aus den zusätzlichen Beeinflussungen kommen, überlagern. Darüber hinaus sind wir zum ersten Mal in der Lage, diese materialintensiven Rohrplatten zu optimieren, da wir sehr schnelle Berechnungsergebnisse erhalten.

Typische Berechnungszeiten für dieses Projekt liegen unter 10 Minuten.


  • Von Mises Spannungen während der kritischen Anfahrbedingungen, Schwimmkopfabdeckung ausgeblendet

  • Von Mises Spannungen Detailansicht während einer kritischen Betriebsweise

  • Kritische Bereiche mit einem Sicherheitsfaktor nahe oder kleiner 1,5

Wir halten SIMSOLID für ein sehr wertvolles Werkzeug, um komplexe Strukturen zu analysieren. Aus diesem Grund sind wir Beratungspartner von SIMSOLID geworden. Die Vorteile dieses Werkzeugs können wir gezielt für unsere Berechnungen einsetzen.

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