Modellierung und Simulation

Gruppe

Verformungsanalyse Extruder-Mundstück

© Fraunhofer IKTS

Thermisches Modell SOFC-Stack

Die Arbeitsgruppe Modellierung begleitet und unterstützt die Entwicklungsaufgaben am IKTS mit Methoden der mathematisch-physikalischen Modellierung. Wegen des breiten Profils des IKTS ist auch das Spektrum der bearbeiteten Themen vielfältig. Ein wichtiges Aufgabenfeld bilden Modellierung und Optimierung von Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stacks und System-Komponenten. Hier konnte durch kontinuierliche Arbeit seit 2001 in enger Kooperation mit industriellen Partnern (Staxera, Webasto, Vaillant) ein Satz von Programm-Werkzeugen auf verschiedenen Beschreibungsebenen (3D-Stack-Prozess-Modell, SOFC-Einheitszellen-Strukturmodell, Module für SOFC-Systemsimulation) geschaffen und erfolgreich in den technischen Entwicklungsprozess einbezogen werden. Weitere wichtige Arbeitsfelder bilden die thermo-mechanischen Analyse von keramischen Bauteilen, die Optimierung von Dickschicht-Heizersystemen und die Analyse von Anwendungen mit gekoppelten Mechanismen wie etwa piezoelektrische, reaktiv-poröse oder thermoelektrische Komponenten. Methodische Schwerpunkte liegen bei der Multiphysics Feldmodellierung mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) und der  Strömungssimulation (CFD).

 

Arbeitsgebiete

 

  • thermisch/ mechanische Analyse von keramischen und Verbund-Bauteilen
  • Multiphysics-Analyse von Bauteilen (z.B. Piezoelektrik, Thermoelektrik, Li-Ion-Batterie)
  • modellgestützte Auslegung/ Optimierung von integrierten Heizerstrukturen
  • Analyse von Bauteilen mit reaktiver, poröser Strömung
  • Modellierung von Brennstoffzellensystemen

 

Leistungsangebot

 

  • Erstellung/ Analyse/ Auswertung von Finite Elemente und strömungsdynamischen Modellen
  • simulative Begleitung von Entwicklungsaufgaben von Bauteilen mit keramischen Komponenten
  • Erstellung von Stand-Alone-Modell-Modulen zur Kennlinienbeschreibung und zur Auslegung von keramischen Bauteilen und Reaktoren 
  • simulationsgestützter CAD-Entwurf von Bauteilen und Baugruppen

 

Software Ausstattung

 

  • FE-Codes: ANSYS, COMSOL, FlexPDE,
  • CFD-Codes: Fluent, ANYSY-CFX
  • Systemsimulation: Modelica/SimulationX

Forschung aktuell

Auslegung, Fertigung und Zuverlässigkeitsbewertung von keramischen Federn

Thema

Modellierung von SOFC-Stacks und Komponenten

Thema

Thermisch-mechanische Modellierung von Bauteilen

Thema

Multiphysics-Modellierung von Bauteilen und Strukturen