Termodynaaminen simulointi

Termodynaaminen simulointi kertoo sinulle nopeasti ilman testejä, miten lämpö siirtyy ja vaikuttaa tuotteen suorituskykyyn ja kestävyyteen.

Termodynaaminen simulointi tuo sinulle samat perushyödyt kuin simulointi yleensäkin, esimerkiksi lujuuslaskennassa ja virtauslaskennassa.

Sen avulla saat tietoa lämpöilmiöiden vaikutuksesta tuotteen tai laitteen suorituskykyyn enemmän, nopeammin ja halvemmalla.

Termodynaaminen simulointi keskittyy lämmön siirtymisen ja sen vaikutusten mallintamiseen. Usein tämä liittyy esimerkiksi eristämisen tai jäähdyttämisen ratkaisuihin.

Kuvittele linja-auton kokoinen säiliö, jonka sisällä on nestemäistä maakaasua, jonka lämpötila on -160 ℃. Säiliön täytyy pysyä tarpeeksi kylmänä, jotta maakaasu pysyy nestemäisessä muodossa. Säiliön sisällä tapahtuu melko villejä asioita: paineen muutokset, olomuodon muutokset, ulkolämpötilan vaihtelu. Kaikki nämä vaikuttavat siihen, kuinka pitkään neste pysyy säiliön sisällä.

Et siis ainakaan halua, että säiliö alkaa vuotamaan tulenarkaa ja räjähdysherkkää kaasua esimerkiksi laivan kannella. Siksi säiliölle pitää pystyä selvittämään sopiva eristeratkaisu.

Testaamalla tämä vie aikaa. Mittaat pitkän aikaa säiliön lämpötilaa ja painetta ja odotat milloin se alkaa vuotamaan varoventtiilistä. Tähän voi mennä viikkoja tai kuukausia, jonka jälkeen sinulla on vain lisää kysymyksiä. Pitäisikö eristettä paksuntaa sentillä vai kymmenellä sentillä? Pitäisikö eristeen olla kokonaan toista materiaalia? Paljonko sitä tarvittaisiin ja mitä se maksaa?

Rahaa ja aikaa palaa etkä silti välttämättä tiedä, mitä eristykselle pitäisi tehdä.

Meillä on tullut vastaan tällainenkin case.

Tutkimme sitä varten esimerkiksi, miten NASA tekee vastaavia eristämisen ratkaisuja. Lopulta pystyimme simuloimalla selvittämään säiliössä tapahtuvat lämpöilmiöt ja sen pohjalta valitsemaan sopivat eristevaihtoehdot. Teimme vertailun myös säiliön massan vaikutuksesta hintaan. Sen pohjalta asiakas pystyi valitsemaan itselleen sopivan ja kustannustehokkaan ratkaisun.

Vastaavien asioiden testaaminen olisi vienyt kuukausia ja lopputulokset eivät olisi olleet yhtä kattavia.

Termodynaamisella simuloinnilla saat siis nopeasti paljon tietoa lämmön siirtymisestä ja vaikutuksesta erilaisissa käyttötilanteissa.

Ja aina asiaa voi vielä vahvistaa käytännön testillä - käytännön testaaminen ja simulointi eivät tietenkään sulje toisiaan pois.

Meihin ovat luottaneet esimerkiksi:

 

                

            

          

Pari muuta vastaan tullutta termodynaamista projektiamme:

  • Olimme mukana tietoliikenneprojektissa, jonka haasteena oli antenniteknologian jäähdyttäminen. Lisähaasteen toi se, että antennien käyttöpaikat olivat hyvin erilaisissa olosuhteissa eri puolilla maailmaa. Ratkaisumme oli lämmön ohjaaminen ilmaan ja maaperään. Sopivaa ratkaisua varten tutkimme miten erilaiset ilmastot ja maaperän ominaisuudet vaikuttavat jäähdytykseen ja sen mitoitukseen.
  • Korkea lämpötila voi heikentää materiaalien mekaanisia ominaisuuksia esimerkiksi turbopuhaltimissa. Tässä projektissa hyödyllisen tiedon saaminen olisi ollut lähes mahdotonta ilman simulointia, johtuen turbon juoksupyörän suuresta nopeudesta. Testeissä laite voi rikkoutua useita kertoja, eikä siltikään selviä lopullista syytä. Selvitimme tietokonesimulaatioilla esimerkiksi kaasun puristumisen aiheuttamaa lämpötilan nousua eri tilanteissa. Näin pystyimme selvittämään lämmön muutosten vaikutusta turbopuhaltimien toimintaan. Näiden tietojen pohjalta oli mahdollista valmistaa optimaalisesti toimiva ja toimintavarma turbopuhallin.

Tässä ei tietenkään ole kaikki, mitä voimme tehdä. Lopulta pointti tiivistyy kuitenkin yksinkertaiseen valintaan:

  1. Käytätkö mieluummin kuukausitolkulla aikaa ja rahaa, jotta saisit vähemmän tietoa tuotteesi tai laitteesi toiminnasta?
  2. Vai haluatko nopeasti ja halvemmalla maaliin? Siten, että useampi tilanne on selvitetty ja tunnet esimerkiksi lämpötilojen muutosten vaikutukset tuotteeseen kattavasti?

Jos valitsit numeron 2, nämä esimerkit kolahtivat tai sinulla on johonkin tuotteeseen liittyvä tekninen haaste niin ota yhteyttä!

Meillä on yli 60 vuotta kokemusta tuotekehityksestä, teknisestä laskennasta ja suunnittelusta, sekä monista eksoottisistakin materiaaleista ja valmistusmenetelmistä. Tämä erikoisosaaminen on varattu vain Matricompin asiakkaille.

Antti Elo
044 2036 196
antti.elo@matricomp.fi
toimitusjohtaja
Matricomp Oy

P.S. Uskon, että pidät ilmaisesta tuotekehityksen artikkelisarjasta. Kerromme siinä, miten kehität voittavan tuotteen nopeasti ja kustannustehokkaasti.

Tilaa ilmainen 8-osainen artikkelisarja tästä:
Matricomp Oy • Keuruu, Kotka, Jyväskylä • FINLAND
+358 44 2036 196 • info@matricomp.fi