Υπολογιστική προσομοίωση δυναμικής ρευστών

Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τη μηχανική προϊόντων εδώ και δεκαετίες. Μαζί με αυτό, αναπτύχθηκαν συνεχώς προσεγγίσεις μοντελοποίησης υψηλής πιστότητας και πιο ρεαλιστικές, οι οποίες σας επιτρέπουν να λαμβάνετε αρκετά ακριβή αποτελέσματα γρηγορότερα.

Σήμερα, οι μηχανικοί μπορούν και πρέπει να επιλέξουν το επίπεδο ακρίβειας που ταιριάζει καλύτερα στις ανάγκες τους για να απαντήσουν σε ερωτήσεις μηχανικής με ελάχιστη υπολογιστική προσπάθεια. Το επίπεδο ακρίβειας κυμαίνεται από τεχνικές μοντελοποίησης υψηλής πιστότητας που επιτρέπουν την πρόβλεψη της πραγματικής συμπεριφοράς μέσα σε λίγα τοις εκατό ή και λιγότερο έως γρήγορες μεθόδους που επιτρέπουν γρήγορες προβλέψεις τάσεων.

Σήμερα, οι διαδικασίες πιστοποίησης και επαλήθευσης για εργαλεία προσομοίωσης FEA είναι καθιερωμένες. Θα παραμείνουν ένα κρίσιμο συστατικό για την πρόοδο του FEA, την αξιοπιστία και την εμπιστοσύνη του στα ψηφιακά δίδυμα και την εγκατάστασή του σε νέους τομείς. Ενώ η προγνωστική προσομοίωση θα μειώσει συνεχώς την ανάγκη για ακριβές μετρήσεις και πρωτότυπα, θα συνεχίσει να απαιτεί αυστηρές μεθόδους FE και επικύρωση βέλτιστων πρακτικών μέσω πειραμάτων.

Οι μεθοδολογίες Meshfree CFD προσφέρουν μια ελκυστική εναλλακτική προσέγγιση στις μεθόδους που βασίζονται στο πλέγμα για επιλεγμένες εφαρμογές. Όταν η γρήγορη λήψη αποτελεσμάτων αποτελεί προτεραιότητα έναντι της υψηλότερης ακρίβειας, η υδροδυναμική εξομαλυνόμενων σωματιδίων (SPH) είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο. Ωστόσο, και οι δύο μέθοδοι έχουν τη θέση τους και ανάλογα με τις απαιτήσεις για το χρόνο έως τη λύση έναντι της απαιτούμενης ακρίβειας, μπορεί να είναι επωφελές να επιλέξετε μια προσέγγιση βασισμένη σε πλέγμα ή χωρίς πλέγμα.

Οι περισσότερες από τις ροές γύρω μας και σχετικές με τις εξελίξεις των προϊόντων είναι ταραγμένες στη φύση τους. Για δεκαετίες, η επιστήμη και η βιομηχανία έχουν δημιουργήσει στενές σχέσεις για να ενσωματώσουν περιγραφές αναταραχών στην εξίσωση Navier-Stokes. Για παράδειγμα, η σύνδεση του καταλληλότερου μοντέλου αναταραχής για μια δεδομένη εφαρμογή και έργο CFD εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ακρίβεια έναντι των απαιτήσεων ταχύτητας προσομοίωσης.

Γενικά, η μοντελοποίηση αναταράξεων μπορεί να ταξινομηθεί σε τρεις κύριες κατηγορίες: στατιστική μοντελοποίηση, γνωστή και ως Reynolds Average Navier-Stokes (RANS), προσομοίωση επίλυσης κλίμακας (SRS), όπως προσομοίωση μεγάλων στροβίλων (LES) ή προσομοιώσεις αποσπασμένων στροβίλων (DES) και τελικά, άμεση αριθμητική προσομοίωση (DNS), η οποία δεν κάνει υποθέσεις μοντελοποίησης σχετικά με την αναταραχή.

Η εκμάθηση CFD απαιτεί χρόνο, αφοσίωση, ενδελεχή μελέτη και πρακτική. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε την υποκείμενη θεμελιώδη φυσική της δυναμικής ρευστών και την εξίσωση Navier-Stokes, να κατανοήσουμε τις αριθμητικές μεθόδους και τους περιορισμούς τους και να εξασκήσουμε την πρακτική χρήση του πραγματικού εργαλείου λογισμικού υπολογιστικής δυναμικής ρευστών. Χάρη στην αυτοματοποίηση και τη συνεχή βελτίωση των διεπαφών χρήστη στο σύγχρονο υπολογιστικό λογισμικό δυναμικής ρευστών, τα εμπόδια στο CFD υψηλής πιστότητας θα μειωθούν περαιτέρω σε όλα τα επίπεδα, μεταβάλλοντας το πεδίο για τη διερεύνηση αποτελεσμάτων και τη λήψη αποφάσεων βάσει προσομοίωσης. Είναι επίσης κρίσιμο να κατανοήσουμε τη θεμελιώδη δυναμική των ρευστών για να κρίνουμε τα αποτελέσματα και να λάβουμε ουσιαστικές αποφάσεις μηχανικής με βάση τα αποτελέσματα CFD.

Η επιλογή υλικού για ένα έργο CFD εξαρτάται πραγματικά από το έργο, τον προϋπολογισμό και τις τρέχουσες προτεραιότητές σας. Ορισμένες συστάσεις: Οι επεξεργαστές x86 έχουν εκτελέσει προσομοιώσεις εδώ και αιώνες τώρα. Κάθε λύτης αναπτύχθηκε αρχικά και επαληθεύτηκε για αυτήν την πλατφόρμα. Αναζητήστε υλικό CFD με μέγιστη προσωρινή μνήμη - διακομιστές, σταθμούς εργασίας και φορητούς υπολογιστές. Οι μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) υποστηρίζουν πολλούς λύτες σήμερα και το λογισμικό θα προσαρμοστεί σε αυτό ακόμη περισσότερο. Αυτή η λύση είναι πολύ ενεργειακά αποδοτική. Δώστε ιδιαίτερη προσοχή ώστε οι απαιτούμενοι λύτες να υποστηρίζονται και να πληρούν τις απαιτήσεις μνήμης της περίπτωσης χρήσης σας. Αυτό σας επιτρέπει να αξιοποιήσετε στο έπακρο τους σταθμούς εργασίας πολλαπλών GPU και τα συμπλέγματα GPU. Οι επεξεργαστές ARM υποστηρίζουν τα πάντα εκτός από τη γραφική διεπαφή χρήστη. Αυτή είναι μια προσέγγιση για οικονομικά αποδοτική πληροφορική, ειδικά σε υπηρεσίες cloud. Υπό την προϋπόθεση ότι το υπολογιστικό εργαλείο προσομοίωσης δυναμικής ρευστών υποστηρίζει την τεχνολογία ARM. Γενικά, η προσομοίωση CFD που βασίζεται σε σύννεφο είναι μια απλή λύση. Καμία επένδυση σε ακριβό υλικό υπολογιστών, χωρίς κόστος αδράνειας και κλιμάκωση ανάλογα με τη ζήτηση.

Το υπολογιστικό λογισμικό προσομοίωσης δυναμικής ρευστών χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών μηχανικής όποτε υπάρχει ανάγκη κατανόησης ή πρόβλεψης της ροής ρευστού και της μεταφοράς θερμότητας και της επίδρασης που προκύπτει στο σχεδιασμό ενός προϊόντος ή συστήματος. Στον σχεδιασμό βιομηχανικών προϊόντων, η υπολογιστική προσομοίωση δυναμικής ρευστών έχει προχωρήσει στην προσομοίωση της συμπεριφοράς της πολυφασικής σε πολύπλοκες γεωμετρίες, επιτρέποντας στις εταιρείες να κατανοήσουν πλήρως και να βελτιστοποιήσουν το σχεδιασμό των προϊόντων τους ουσιαστικά πριν κατασκευάσουν ένα πρωτότυπο.

Οι βιομηχανίες όπου η υπολογιστική προσομοίωση δυναμικής ρευστών χρησιμοποιείται ευρέως περιλαμβάνουν:

• Αεροδιαστημική
• Αυτοκινητοβιομηχανία
• Χημικά
• Καταναλωτικά προϊόντα
• Θαλάσσια (σχεδιασμός πλοίων, συστήματα πρόωσης και σχεδιασμός κινητήρων)
• Ηλεκτρονικά
• Ενέργεια (πυρηνική ενέργεια, πετρέλαιο & φυσικό αέριο και παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας)
• Υπηρεσίες κτιρίων
• Επιστήμες της ζωής
• Στροβιλομηχανές
• Αθλητισμός
• Άλλες γενικές εφαρμογές που περιλαμβάνουν ροή ρευστού και μεταφορά θερμότητας