Симулация на изчислителна динамика на течности

Анализът на крайните елементи (FEA) се използва успешно за продуктовото инженерство от десетилетия. Заедно с това непрекъснато се разработват подходи за моделиране с висока точност и по-прагматични, които ви позволяват да получите достатъчно точни резултати по-бързо.

Днес инженерите могат и трябва да изберат нивото на точност, което най-добре отговаря на техните нужди, за да отговорят на инженерни въпроси с минимални изчислителни усилия. Нивото на точност варира от техники за моделиране с висока точност, които позволяват прогнозирането на реалното поведение в рамките на няколко процента или дори по-малко, до бързи методи, които позволяват бързи прогнози за тенденциите.

Днес процесите на сертифициране и проверка на инструментите за симулация на FEA са добре установени. Те ще останат критична съставка за напредъка на FEA, неговата надеждност и доверие в дигиталните близнаци и установяването му в нови области. Докато прогнозната симулация непрекъснато ще намалява необходимостта от скъпи измервания и прототипиране, тя ще продължи да изисква строги FE методи и валидиране на най-добрите практики чрез експерименти.

Meshfree CFD методологиите предлагат привлекателен алтернативен подход към мрежовите методи за избрани приложения. Когато бързото получаване на резултати е приоритет пред най-високата точност, хидродинамиката на изгладените частици (SPH) е ефективен инструмент. И двата метода обаче имат своето място и в зависимост от изискванията за време за решение спрямо необходимата точност, може да е полезно да изберете подход, базиран на мрежа или без мрежа.

Повечето от потоците около нас и свързани с развитието на продуктите са с турбулентен характер. В продължение на десетилетия науката и индустрията са установили близки отношения, за да включат описанията на турбулентността в уравнението на Navier-Stokes. Например, свързването на най-подходящия модел на турбулентност за дадено приложение и CFD проект силно зависи от изискванията за точност спрямо скоростта на симулацията.

Като цяло моделирането на турбулентност може да бъде класифицирано в три основни категории: статистическо моделиране, известно още като Рейнолдс Среден Navier-Stokes (RANS), симулация за разделяне на мащаби (SRS), като симулация с големи вихри (LES) или симулации с отделени вихри (DES) и в крайна сметка директна цифрова симулация (DNS), която не прави никакви предположения за моделиране на турбулентността.

Изучаването на CFD изисква време, отдаденост, задълбочено проучване и практика. От решаващо значение е да се разбере основната фундаментална физика на динамиката на флуидите и уравнението на Navier-Stokes, да се разберат числените методи и техните ограничения и да се практикува практическото използване на действителния софтуерен инструмент за изчислителна динамика на флуидите. Благодарение на автоматизацията и непрекъснатото усъвършенстване на потребителските интерфейси в съвременния софтуер за изчислителна динамика на флуидната динамика, бариерите пред CFD с висока точност ще намалят допълнително при изместване на всички нива, обхватът за изследване на резултатите и вземане на решения, базирани на симулация. Също така е от решаващо значение да се разбере фундаменталната динамика на флуидите, за да се преценят резултатите и да се вземат смислени инженерни решения въз основа на резултатите от CFD.

Изборът на хардуер за CFD проект наистина зависи от вашия проект, бюджет и текущи приоритети. Някои препоръки: x86 процесорите изпълняват симулации от векове. Всеки решител първоначално е разработен и проверен за тази платформа. Потърсете CFD хардуер с максимален кеш — сървъри, работни станции и лаптопи. Графичните процесорни единици (GPU) поддържат много решения в наши дни и софтуерът ще се адаптира към това още повече. Това решение е много енергийно ефективно. Обърнете специално внимание, че необходимите ви решители се поддържат и отговарят на изискванията за памет на вашия случай на употреба. Това ви позволява да извлечете максимума от работните станции с много графични процесори и графични процесори клъстери. ARM процесорите поддържат всичко освен графичния потребителски интерфейс. Това е подход за икономически ефективни изчисления, особено в облачните услуги. При условие, че вашият инструмент за симулация на изчислителна динамика на течности поддържа ARM технология. Като цяло симулацията на CFD, базирана на облак, е просто решение. Без инвестиции в скъп компютърен хардуер, без празни разходи и мащабируеми при поискване.

Софтуерът за симулация на изчислителна динамика на флуидите се използва в широк спектър от инженерни приложения, когато има нужда от разбиране или прогнозиране на потока на течности и топлопреноса и произтичащия от това ефект върху дизайна на продукт или система. В дизайна на индустриалните продукти симулацията на изчислителна динамика на флуидите напредва до симулиране на мултифизическото поведение в сложни геометрии, позволявайки на компаниите напълно да разберат и оптимизират дизайна на своя продукт практически преди да изградят прототип.

Индустриите, където симулацията на изчислителна динамика на флуидите се използва широко, включват:

• Космическо пространство
• Автомобили
• Химически
• Потребителски продукти
• Морски (проектиране на кораби, задвижващи системи и дизайн на двигателя)
• Електроника
• Енергетика (ядрена енергия, нефт и газ и производство на електроенергия)
• Строителни услуги
• Науки за живота
• Турбомашина
• Спорт
• Други общи приложения, включващи поток на течности и топлопренос