Numerische Strömungs- und Plasmasimulationen haben sich auf Grund vieler Vorteile in den letzten Jahren zu wertvollen Werkzeugen für Industrieexperten entwickelt. Damit können komplexe Systeme besser verstanden und optimiert werden. Bei solchen Simulationen werden fortschrittliche Computeralgorithmen eingesetzt, um detaillierte Modelle des Gas- und Plasmaverhaltens zu erstellen.
Digitalisierung der Produktentwicklung & -Optimierung
Einer der Hauptvorteile der numerischen Gas- und Plasmasimulation besteht darin, dass die Ingenieure ihre Entwürfe testen und optimieren können, bevor physische Prototypen hergestellt werden müssen. Dies spart Zeit und Geld und ermöglicht es den Ingenieuren, ein breiteres Spektrum an Optionen zu untersuchen und potenzielle Probleme zu erkennen, bevor höhere Kosten entstehen. Mit numerischen Simulationen lässt sich beispielsweise der Gasfluss durch eine (Turbo-)molekularpumpe, die in Vakuumsystemen eingesetzt wird, modellieren. Durch die Analyse der Strömungsmuster und Druckverteilungen können Ingenieure Bereiche identifizieren, in denen die Konstruktion optimiert werden kann, um die Effizienz zu erhöhen und den Verschleiß der Komponenten zu minimieren (Beispiel: Simulation einer Molekularpumpe). In ähnlicher Weise können numerische Simulationen verwendet werden, um das Verhalten von Plasmen in verschiedenen industriellen Prozessen zu modellieren, z. B. bei der Vakuum-Plasmabeschichtung (Beispiel: DC Magnetron Sputtern). Diese Simulationen können Einblicke in das Verhalten des Plasmas geben und den Ingenieuren helfen, den Prozess im Hinblick auf größere Homogenität, Effizienz und Sicherheit zu optimieren.
Beispielhaftes Simulationsergebnis Magnetron Sputtern
Detaillierte physikalische Einblicke & Parameterstudien
Ein weiterer Vorteil von Simulationen besteht darin, dass sie es Ingenieuren ermöglichen, Systeme zu modellieren und zu analysieren, die durch physikalische Experimente allein nur schwer oder gar nicht zu untersuchen wären. Mit numerischen Simulationen kann beispielsweise das Verhalten von Flüssigkeiten in mikrofluidischen Systemen oder die Wechselwirkung von Plasmen auf molekularer Ebene untersucht werden, wo experimentelle Messungen nur abgeleitet werden können oder gar nicht möglich sind (Beispiel: Gyrotron-Oszillatoren). Darüber hinaus können mit Hilfe von Simulationen die Auswirkungen verschiedener Variablen auf die Systemleistung untersucht werden, z. B. Änderungen des Massenstroms, der Temperatur und/oder des Drucks. Dies kann den Ingenieuren dabei helfen, Systeme zu entwerfen, die unter einem breiteren Spektrum von Bedingungen arbeiten können, und ihre allgemeine Zuverlässigkeit zu verbessern.
Kosten- und Zeitersparnis durch Vermeidung von Prototypen
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass numerische Strömungs- und Plasmasimulationen leistungsstarke Werkzeuge sind, die viele Vorteile für die Industrie bieten, die Vakuumsysteme, Vakuum-Beschichtungsverfahren und Plasmaprozesse im Allgemeinen einsetzt. Durch die Bereitstellung detaillierter Einblicke in das Verhalten komplexer Systeme können Ingenieure ihre Entwürfe im Hinblick auf höhere Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit optimieren und gleichzeitig Zeit und Geld sparen, indem sie die Anzahl teurer Testkampagnen und Prototypen reduzieren. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung dieser Simulationstechnologien ist in den kommenden Jahren mit einer noch stärkeren Verbreitung dieser Werkzeuge zu rechnen.
Eines dieser Werkzeuge ist unsere Open-Source Plasma Simulationssoftware PICLas. Wenn Sie daran interessiert sind, ob numerische Strömungs- und Plasmasimulationen für Ihre Anwendung eingesetzt werden können, kontaktieren Sie uns bitte!
