Einstieg in OpenFoam® und chtMultiRegion anhand eines anwendungsorientierten Beispiels

Im Rahmen des Projekts AM 4 Industry wurde die Auslegung und Simulation von konturnahen
Kühlkanälen erforscht. Unter anderem wurde das Ziel verfolgt, WerkzeugbauingenieurenInnen ein Tool
zur weiteren Optimierung von Kühlkanalgeometrien zur Verfügung zu stellen. Insbesondere bei der
Gestaltung von konturnahen und regellosen Kühlkanälen kann die Simulation mit kommerziellen
Simulationsprogrammen nicht ausreichend sein, weshalb zusätzliche Simulationsschritte erforderlich
sind. Für diese zusätzlichen oder ergänzenden Simulationsschritte wurde bewusst der Fokus auf ein nicht
kommerzielles Simulationsprogramm gelegt. Daher wurde für die Simulationen das Programm
OpenFoam® (Open Source Field Operation and Manipulation) gewählt. OpenFoam® ist frei erhältlich
und wird vorwiegend für die Lösung von Strömungsproblemen (CFD) verwendet. Es ist in C++
geschrieben und bringt bereits in der Basisversion nützliche Löser (Solver) mit sich. Darüber hinaus kann
eine Vielzahl an weiteren Lösern adaptiert werden. Einer der größten Vorteile besteht darin, dass der
Sourcecode und somit auch die Algorithmen frei zugänglich sind. Des Weiteren können die Codes und
Berechnungen nahezu beliebig erweitert werden.
Anhand eines anwendungsorientierten Beispiels wird in diesem Handbuch der Aufbau und die
Durchführung einer Simulation ausführlich erklärt. Für die Simulationen wurde der Löser
„chtMultiRegion“ verwendet. Dieser wird allgemein für die Berechnung des Wärmeaustausches zwischen
einem Festkörper und einem Fluid verwendet.
Ziel dieses Handbuchs ist es, PraktikernInnen in der Entwicklung, SimulationsingenieurenInnen und
StudentenInnen einen anwendungsorientierten Einstieg in sowie einen Überblick über die Arbeit mit
OpenFoam® zu geben. Die einzelnen Schritte wurden in neun Kapitel mit folgenden Inhalten eingeteilt:

• Kapitel 1 und 2 geben einen allgemeinen Überblick über das Simulationsbeispiel sowie über die Simulationsstrukturen von OpenFoam®.
• Kapitel 3 bis 6 zeigen, wie ein Simulationsfall in OpenFoam® aufgesetzt wird und welche Einstellungen erforderlich sind. Dabei wird genau auf die Erstellung des Rechengitters und die Zuordnung der Flächen eingegangen.
• Kapitel 7 und 8 behandeln die Durchführung der Simulation. Dabei wird auf die Wahl der Randbedingung sowie auf die Theorie der Strömungssimulation eingegangen.
• Kapitel 9 behandelt abschließend die Auswertungsmethoden, welche von OpenFoam® geboten werden sowie die Möglichkeiten zum Export der Ergebnisse für die weitere Verarbeitung.

Abschießend ist zu erwähnen, dass die OpenFoam®-Umgebung auf den ersten Blick durchaus
befremdlich wirken kann, insbesondere, wenn üblicherweise auf Windows-Betriebssystemen gearbeitet
wird. Hier ist mit Sicherheit Geduld gefragt. Es dauert eine gewisse Zeit, bis die Abläufe des Programms
logisch erscheinen und bis Befehle, die für die Bedienung und Ausführung des Programms nötig sind,
leicht von der Hand gehen. Dennoch wird sich eine intensive Einarbeitung in die Thematik lohnen, da
sich so Simulationen weiter verfeinern und bessere Vorhersagen treffen lassen. Dies wiederum kann
einen klaren Wettbewerbsvorteil bieten. In diesem Sinne: Happy Foaming!