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Simulación computacional de dinámica de fluidos

Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) se basan en la ecuación de Navier-Stokes, que se utiliza para describir el movimiento de los fluidos.

¿Qué es la dinámica de fluidos computacional?

Una simulación computacional de dinámica de fluidos implica utilizar las leyes fundamentales de la mecánica, gobernar las ecuaciones de la dinámica de fluidos y modelar un problema físico de forma matemática. Una vez formulados, los recursos informáticos utilizan métodos numéricos para resolver las ecuaciones mediante el software de CFD para obtener soluciones aproximadas de las propiedades físicas implicadas.

Las simulaciones computacionales de dinámica de fluidos se basan en la ecuación de Navier-Stokes, que se utiliza para describir el movimiento de los fluidos. La precisión de las simulaciones CFD depende de la fidelidad del modelo, de las aproximaciones y suposiciones utilizadas, de la validación experimental y de los recursos informáticos disponibles. Es esencial caracterizar las incertidumbres y los errores en la simulación computacional de dinámica de fluidos para utilizarla como una herramienta eficaz de diseño y análisis.

Hay tres métodos principales para predecir el comportamiento de los fluidos y su interacción con el entorno circundante: experimental, analítico y numérico. La dinámica de fluidos computacional es el método numérico para simular el movimiento de fluidos constante e inestable mediante métodos y hardware computacionales.

La dinámica de fluidos computacional es una metodología bien establecida que se utiliza a menudo para reemplazar o complementar los métodos experimentales y analíticos y ayudar al diseño de ingeniería y al análisis de los productos de uso diario.

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Captura de pantalla del software de simulación de dinámica de fluidos computacional multifísica.
Imagen de simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) del software Simcenter STAR-CCM+.

Aproveche la simulación de CFD en todas las disciplinas

Consulte esta guía de soluciones para obtener más información sobre las soluciones térmicas y de fluidos de Simcenter.

Descubra las ventajas

La dinámica de fluidos computacional es una metodología bien establecida que se utiliza a menudo para reemplazar o complementar los métodos experimentales y analíticos y ayudar al diseño de ingeniería y al análisis de los productos de uso diario. En comparación con la creación de prototipos y los experimentos, las simulaciones CFD ofrecen las siguientes ventajas.

Aumentar el rendimiento

La simulación computacional de dinámica de fluidos le permite analizar y explorar rápidamente las posibilidades de ingeniería para aumentar el rendimiento del producto.

Reducción de tiempo

La simulación CFD le ayuda a lanzar al mercado diseños de productos optimizados más rápido que un método de creación y prueba.

Reducción de costes

Al aprovechar la dinámica de fluidos computacional, puede reducir significativamente los costes de desarrollo de sus productos en comparación con los procesos de diseño tradicionales basados en prototipos.

Pasos en el proceso de simulación de CFD

No importa el software, todas las simulaciones computacionales de dinámica de fluidos siguen estos pasos generalizados.

Gráficos mallados del software Simcenter STAR-CCM+.

Preprocesamiento

La etapa de preprocesamiento implica crear la geometría y prepararla para la simulación CFD. En un proceso llamado generación de mallas o cuadrículas, la herramienta CFD divide el dominio en pequeños volúmenes o celdas. El usuario aplica las condiciones de flujo, las propiedades del fluido y las condiciones de límite iniciales.

El software de simulación de CFD comienza a resolver de forma iterativa las ecuaciones discretizadas con el solucionador de CFD.

Resolviendo

El software de simulación de CFD comienza a resolver de forma iterativa las ecuaciones discretizadas con el solucionador de CFD. Este paso puede requerir mucho tiempo o recursos informáticos. Para realizar simulaciones complejas, cada vez más empresas recurren a la computación en nube como una solución rentable para este problema.

Brazo robótico con líneas azules brillantes sobre un fondo oscuro con patrones en placas de circuitos

Posprocesamiento

Una vez completada la resolución, el siguiente paso es analizar y visualizar los resultados de la simulación de forma cualitativa y cuantitativa mediante informes, monitores, gráficos, imágenes 2D/3D y animaciones. La verificación y la validación de los resultados también se incluyen en esta fase.

Dinámica de fluidos computacional multifísica

La dinámica de fluidos computacional moderna es más que la capacidad de simular y predecir el comportamiento del flujo de fluidos y la transferencia de calor. Hoy en día, la CFD está integrada en un entorno multidisciplinario de ingeniería asistida por ordenador (CAE), que permite a los ingenieros modelar una amplia gama de físicas relacionadas con los fluidos, desde los flujos de reacción hasta la aeroacústica, desde los flujos multifásicos hasta la dinámica de partículas, desde la refrigeración de la electrónica hasta la aerodinámica, y acoplarlos estrechamente a la dinámica de fluidos relacionada. Esto es de fundamental importancia en un mundo de productos cada vez más complejos que requieren una ingeniería integral interdominio para lograr el máximo rendimiento.

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