Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM
Simulationen der Kopplung von mechanischem und thermischem Verhalten und der daraus resultierenden Wärmetransportvorgänge bilden die Grundlage für eine Vielzahl komplexerer multiphysikalischer Simulationen. Sie sind ein wichtiger Bestandteil in der Produktentwicklung von Bauteilen, beispielsweise in der Elektronik. Bei der Integration funktioneller Materialien in Komponenten und Systeme helfen uns insbesondere thermische Simulationen, diese in Bezug auf Performance und Lebensdauer zu optimieren.
Fraunhofer IPM verfügt über langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der thermischer Simulationen und deren Kopplung an andere physikalische Effekte. Dabei stehen die gekoppelten Effekte im Vordergrund, wie etwa die Interaktion 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 in der Regel rein analytische Betrachtungen. Dazu stehen uns Tools wie Matlab, Wolfram oder der Simulink-Baukasten sowie für »Finite-Element-Modelle« COMSOL Multiphysics zur Verfügung.
Schwerpunkt Wärmemanagement und thermische Modellierung
Bei der thermischen Modellierung decken wir ein breites Spektrum an Fragestellungen und Aspekten ab, darunter die thermische Ankopplung von Komponenten an bestimmte Umgebungsbedingungen, die Berechnung optimierter Bauteilgeometrien oder der Einfluss von Materialparametern auf die Performance von Modulen und Systemen.
Im Zentrum aktueller Arbeiten stehen unter anderem die Themen 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.