Der Einsatz von rechnergestützten Methoden (z.B. CFD) zum Entwurf und zur Optimierung der Maschinen ist bereits Standard. Die Entwicklung von Pumpen und ihren Komponenten ist bereits auf einem sehr hohen Stand, insbesondere für den Betrieb im Auslegungspunkt. Jedoch gibt es spezielle Maschinentypen und Betriebssituationen, in denen noch erheblicher Entwicklungs- und Optimierungsbedarf besteht. Z.B. für radiale Kreiselpumpen mit niedriger spezifischer Drehzahl arbeiten die verfügbaren CFD-Methoden noch unzuverlässig. Für den Betrieb fernab des Auslegungspunktes oder nahe der Kavitationsgrenze sind ebenfalls keine genauen Rechenverfahren verfügbar. Weiterhin kann es besonders in diesen Betriebszuständen durch reflektierte und u.U. verstärkte Druckwellen zu erheblichen Interaktionen mit der Anlage kommen. Die numerische Simulation der Strömung in Verdrängerpumpen ist aufgrund der komplexen Kinematik im Gegensatz zu Kreiselpumpen noch kein breit etabliertes Werkzeug.
Ausreichend genaue und funktionale Simulationsverfahren sind für die o.a. Anwendungen nicht verfügbar. Am HSM werden daher Strömungssimulationsverfahren für spezielle Pumpenarten und Betriebszustände entwickelt, validiert und zur Beantwortung spezieller Forschungsfragen angewendet. Für kavitierende Strömungen kommen kompressible CFD-Verfahren zum Einsatz, mit denen auch der Ort des Auftretens von Kavitationserosion prognostiziert werden kann. Zur Berechnung von Verdrängerpumpen wird der komplexen Kinematik durch spezielle Netzgenerierungs- und Verformungsalgorithmen sowie durch die Fluid-Struktur-Interaktion Rechnung getragen. Die Berechnung der Anlage erfolgt i.d.R. aus Rechenzeitgründen mit 1D-Verfahren, die durch geeignete Algorithmen an die 3D-Simulation der Pumpe angeknüpft werden. In aller Regel wird dabei auf Eigenentwicklungen und offene Codes (hydRUB, solver3D sowie OpenFoam) zurückgegriffen, die eine einfache Modell- und Funktionalitätserweiterung zulassen.
Hydroakustik kavitierender Pumpenströmungen
Echtzeitfähige digitale Zwillinge von Kreiselpumpen.
Erhöhung der Energieeffizienz von 1- und 2-Schaufelpumpen: 1aPump.
Numerische Simulation von Druckstößen und Schwingungen in Pumpensystemen.
Integrated Design System zur Auslegung, Nachrechnung und Optimierung von Kreiselpumpen beliebiger spezifischer Drehzahl.
Kompressible 3D/1D Strömungssimulationsmethode zur Kopplung von hydraulischer Maschine und ihrer Anlage.
3D Simulation der kompressiblen kavitierenden Strömung in oszillierenden Verdrängerpumpen.
3D-CFD-Code zur Vorhersage von Kavitation und der Haltedruckhöhe (NPSH) in Kreiselpumpen.