Wärmeübertragung in Verbindung mit Stromaustausch simulieren

Simulationen schaffen die Basis für effizientes Wärmemanagement – zum Beispiel in Sensorstrukturen oder elektronischen Aufbauten.

Thermische Simulation

Simulationen von thermischem Verhalten und Wärmeübertragung sind heute ein wichtiger Bestandteil in der Produktentwicklung temperaturempfindlicher Bauteile, beispielsweise in der Elektronik. Sie sind die Voraussetzung für ein effizientes Wärmemanagement in Bauteilen mit hohen Leistungsdichten. Fraunhofer IPM verfügt über langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Simulation physikalischer Vorgänge, insbesondere im Bereich thermischer Simulationen. Dabei stehen Simulationen gekoppelter Phänomene im Vordergrund, etwa von Wärme-, Strom- und Stofftransporten in der Verfahrenstechnik (z. B. Peltierkühlung) oder auch in der Sensorik (z. B. 3-Omega-Sensoren). Basis der Simulationen sind rein analytische Betrachtungen. Dazu stehen uns Tools wie Matlab, MathCAD oder Mathematica sowie für »Finite-Element-Modelle« COMSOL Multiphysics zur Verfügung.

Im Zentrum aktueller Arbeiten stehen unter anderem die Themen Wärmeübertragung in Verbindung mit Stoffaustausch für geothermale Wärmetauscher sowie Wärmemanagement in Mikrostrukturen und in kompletten elektronischen Aufbauten. Basis solcher Simulationen bilden reale Geometrievorgaben, die den Simulationstools über CAD-Schnittstellen zugeführt werden können. Simuliert werden verschiedenste Arten von Strömungen, seien es Stoffströmungen mittels CFD (»Computational Fluid Dynamics«), elektrische oder thermische Ströme, die Auswirkung thermischer Effekte auf mechanische Bauteil-Eigenschaften oder die Wechselwirkung dieser Effekte untereinander.

Unser Know-how wird ergänzt durch Expertise in der Simulation optischer Systeme mittels »Ray Tracing«- und »Wave Optic«-Analysetechniken. So sind wir beispielsweise in der Lage, Strömungs- und Wärmeübertragung für Flüssigkeiten oder Gase vollständig eingebettet zu simulieren. Damit können wir selbst komplexe Systeme verbessern oder für einen größeren Einsatzbereich erweitern.