Simulation

Dienstleistungen im Bereich Modellierung und Simulation

Unsere Ingenieursdienstleistungen im Bereich Modellierung und Simulation basieren auf unseren langjährigen Erfahrungen mit ganz unterschiedlichen thermodynamischen Systemen, darunter Klimaanlagen, Kühlsysteme, Wärmepumpen, Kraftwerke, Abwärmenutzungssysteme und Haushaltstrockner. Für unsere Computersimulationen setzen wir unser breitgefächertes Wissen aus den Bereichen mathematische Verfahren, physikalische Modellierung und Visualisierung ein. Die TLK-Mitarbeiter sind im Umgang mit den unterschiedlichsten Simulationswerkzeugen geschult. Auf Wunsch bieten wir unsere Ingenieursdienstleistungen auch vor Ort beim Kunden an.

Im Folgenden werden unsere Angebote und unsere Vorgehensweise im Bereich der Modellierung und Simulation näher erläutert:

• Durchführung von Simulationen
• Modellerstellung
• Simulationswerkzeuge
• Beispiele bereits durchgeführter Projekte

Durchführung von Simulationen

Die TLK-Thermo GmbH setzt Computersimulationen ein, um ihre Kunden bei der Konzeptionierung und Auslegung thermischer Komponenten und Systeme zu unterstützen. Wir führen grundlegende Machbarkeitsstudien durch. Bestehende Systeme können wir hinsichtlich der Kosten, des Energieverbrauchs oder der Dynamik durch unsere Simulationen optimieren. Wir erarbeiten Betriebsstrategien und Regelkonzepte.

Für die Auswertung unserer Simulationen - von der graphischen Darstellung von Ergebnissen bis hin zur automatisierten Berichterstellung - greifen wir auf Python, DaVE oder die entsprechenden Werkzeuge der jeweiligen Simulationsprogramme zurück.

Unsere Simulationsprojekte schließen wir in der Regel mit einer ansprechenden Präsentation ab, in der die verwendeten Methoden bzw. Modelle dokumentiert sind.

Modellerstellung

Bevor eine Simulation durchgeführt werden kann, muss - falls noch nicht vorhanden - zunächst ein Modell erstellt werden. Hierfür greifen wir auf Messdaten, Herstellerdaten oder wissenschaftliche Publikationen zurück.
Falls für die Modellerstellung Messungen durchgeführt werden müssen, plant die TLK-Thermo GmbH auf Wunsch des Kunden die erforderlichen Versuche mit statistischen Methoden. Die statistische Versuchsplanung (DOE) stellt sicher, dass aus den Messdaten die fehlenden Parameter der entsprechenden physikalischen oder datengetriebenen Modellansätze hinreichend signifikant bestimmt werden können. Die Messungen werden entweder von uns selbst durchgeführt oder wir unterstützen unsere Kunden bei der Durchführung. Anschließend werten wir die Versuche aus und kontrollieren sie auf physikalische Plausibilität. Für eine Überführung von Messdaten in Modelle können wir Regressionsverfahren einsetzen, um die Modellkoeffizienten anzupassen. Hierbei kommt entweder unser eigenes Fitting Tool, Python oder beispielsweise Matlab zum Einsatz.

Die Modelle erstellen wir entsprechend dem Kundenwunsch in verschiedenen Sprachen und setzen dabei unterschiedliche Werkzeuge ein. Zu den von uns verwendeten Simulationssprachen gehören u.a. Modelica, Simulink, Matlab und C++. Auf Wunsch werden die Modelle als FMU bereitgestellt. Auf diese Weise können sie vom Kunden in beliebigen Simulationsprogrammen, soweit diese den FMI Standard unterstützen, eingesetzt werden. Darüber hinaus arbeiten wir im Bereich thermischer Fragestellungen mit Feldberechnungsmethoden in Simulationsprogrammen wie Ansys Fluent und CFX sowie Star CCM+, COMSOL, RadTherm oder OpenFOAM. Die Modellerstellung umfasst hier auch die Geometrieaufbereitung und die Gittererstellung. Über die Co-Simulationsumgebung TISC stellen wir Modelle zur gekoppelten Simulation (1D/1D oder 1D/3D) von unterschiedlichen Werkzeugen zur Verfügung.

Bei der Erstellung der Modelle greifen wir, soweit möglich, auf bereits vorhandene Modelle der Kunden zurück. Darüber hinaus verwenden wir unsere eigenen umfangreichen Modellbibliotheken aus TIL und TILMedia.

Unsere Simulationen bieten eine hohe Rechengeschwindigkeit sowie Stabilität, weil wir die Modelle der Teilkomponenten oder des Gesamtsystems in dieser Hinsicht stets optimieren. Gegebenenfalls nutzen wir Modellreduktionsverfahren, um die Rechengeschwindigkeit zu erhöhen oder den Export auf Echtzeitsysteme zu ermöglichen.

Werkzeuge

Folgende Werkzeuge sind bei der TLK-Thermo GmbH dauerhaft im Einsatz:

• Modelica-Bibliothek für Thermofluidsysteme
• Modelica-Bibliothek AirConditioning von Modelon
• Matlab und Simulink (MathWorks)
• Dymola und SimulationX für Modelica
• TISC für Softwarekopplung und Simulationssteuerung
• DaVE zur Visualisierung und Analyse von Simulations- und Messdaten
• MoBA Automation zur Modellintegration in verschiedene Simulatoren
• Optimization Suite zur stationären und dynamischen Optimierung mit diversen mathematischen Algorithmen
• MUSCOD für Optimalsteuerung und NMPC
• ModelFitter für die Parameteranpassung
• Python für Simulations-Automatisierung, Versuchsplanung, Optimierung und Postprocessing
• dSPACE und ScaleRT für Echtzeit-Anwendungen
• Ansa für Geometrieaufbereitung und –optimierung
• Ansys, StarCCM+ und OpenFOAM für CFD-Simulationen bzw. Feldberechnung

Darüber hinaus verfügen die TLK-Mitarbeiter über Erfahrungen mit zahlreichen weiteren Simulationswerkzeugen.

Beispiele bereits durchgeführter Projekte

Die folgende Aufzählung bereits durchgeführter Projekte dokumentiert beispielhaft die breit gefächerten Anwendungsgebiete unserer Simulationsdienstleistungen:

• Auslegung und Optimierung von Klimatisierungssystemen für PKWs
• Energetische Bewertung von Heiz- und Klimatisierungsmaßnahmen in elektrifizierten Fahrzeugen
• Erstellung eines detaillierten physikalischen Modells zur Beschreibung des Thermomanagements von Brennstoffzellensystemen
• Thermische Auslegung von Scheiben- und Trommelbremsen mit Hilfe physikalischer Modellierung und Simulation
• Bewertung von Ejektoren zum Einsatz in Haushaltswärmepumpen
• Energetische Optimierung eines Hubkolbenverdichters mittels detaillierter physikalischer Modellierung
• Energetische Bewertung von Expansionsventilen in R744- und R134a-Kältekreisläufen
• Optimierung eines dynamischen Rankine-Prozesses zur Abgasenergierückgewinnung
• Bereitstellung echtzeitfähiger physikalischer Modelle eines Abwärmenutzungssystems für HIL-Anwendungen
• Entwicklung einer modellbasierten Vorsteuerung für einen Prüfstand
• Entwurf eines Regelkonzeptes für das Klimatisierungs- und Heizungssystem eines Bürogebäudes mit Betonkernaktivierung
• Ganzheitliche Minimierung des Energieverbrauchs eines Supermarktes unter Einbeziehung von Gebäude, Lüftungsanlage, Heizungssystem und Kälteanlage