Simulación CFD

Ya sea que se trate de gases o líquidos, Simcenter ofrece un conjunto completo de modelos computacionales de dinámica de fluidos para flujos monofásicos. Desde compresible hasta incompresible, y desde regímenes laminar hasta turbulento, Simcenter admite análisis CFD en una amplia gama de condiciones de flujo y aplicaciones. Para flujos turbulentos, los ingenieros pueden elegir entre una cartera de modelos de turbulencia de última generación, que incluye Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS), la simulación de Eddy separada (DES) y la Simulación de Eddy Large (LES), lo que permite el equilibrio adecuado entre precisión y costo computacional.

Además de los enfoques CFD de volumen finito, Simcenter también incluye capacidades de métodos de panel para soportar análisis aerodinámicos e hidrodinámicos rápidos. Los métodos de panel utilizan formulaciones basadas en la superficie, impulsadas por vorticidades para capturar de manera eficiente características clave de flujo alrededor de geometrías complejas sin necesidad de mallado volumétrico. Este enfoque es especialmente adecuado para el diseño temprano y la evaluación de conceptos, lo que permite una predicción rápida de cargas, fuerzas y características de rendimiento, y complementa los CFD de alta fidelidad para la validación de etapas posteriores.

Los flujos hipersónicos y supersónicos están a la vanguardia tanto de la investigación como de las aplicaciones aeroespaciales de próxima generación. En estos regímenes de alta velocidad, las ondas de choque fuertes, las altas temperaturas y los gradientes de presión extremos dominan el comportamiento del flujo. A medida que los efectos de disociación e ionización del gas se vuelven significativos, las suposiciones sobre los gases ideales pueden dejar de ser válidas, lo que requiere enfoques de modelado termoquímico y de gas real para capturar con precisión la física y el rendimiento del flujo.

La simulación CFD de Simcenter proporciona capacidades avanzadas para modelar flujos compresibles, supersónicos e hipersónicos, apoyando el análisis de interacciones de choque, calentamiento aerodinámico y fenómenos de flujo de alto número de MACH con modelos físicos y métodos numéricos apropiados. Para una evaluación rápida de la aerodinámica supersónica e hipersónica externa en las primeras etapas de desarrollo, Simcenter también incluye un método de panel. Este método basado en la superficie captura de manera eficiente características aerodinámicas clave como distribución de presión, fuerzas y momentos en configuraciones complejas sin mallado volumétrico, complementando las simulaciones CFD de alta fidelidad utilizadas más adelante para la física de flujo detallada y la validación.

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Los problemas de ingeniería del mundo real cubren múltiples regímenes de flujo a través de películas estratificadas, dispersas, discretas, etc. Hasta la fecha, no existe un modelo multifásico único que pueda cubrir todos los regímenes; sin embargo, Simcenter CFD proporciona una amplia gama de modelos para simulaciones CFD multifásicas que se pueden usar juntos para cubrir muchos regímenes de flujo, incluidas las transiciones entre ellos. Prediga y comprenda el comportamiento en el mundo real de sus productos mediante la simulación de flujos multirrégimen y multifase a escala múltiple.

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La dinámica de partículas juega un papel fundamental en muchas aplicaciones de ingeniería, incluidos lechos fluidizados, separadores ciclónicos, procesos de recubrimiento, transportadores, tostadores y sistemas de manejo de materiales a granel. Ya sea que se trate de flujos de partículas diluidos o densas, la simulación CFD de Simcenter ayuda a optimizar la distribución de partículas, reducir el consumo de energía, minimizar el desgaste y la abrasión y maximizar el rendimiento general del sistema. Para aplicaciones donde las interacciones partícula-partícula y la mecánica de contacto dominan la física, Simcenter proporciona capacidades avanzadas del Método de Elementos Discretos (DEM). Estos enfoques resueltos por partículas permiten un modelado realista de la forma de las partículas, la distribución del tamaño, el comportamiento de contacto y las propiedades del material, lo que permite una predicción precisa del flujo de material a granel, la segregación, la rotura, la aglomeración y el desgaste. Esto es particularmente importante para los sistemas granulares densos donde los modelos de partículas convencionales basados en CFD no son suficientes.

Al combinar DEM y CFD dentro de un marco de simulación unificado, Simcenter permite la simulación detallada de sistemas complejos de partícula-fluido. Los ingenieros pueden elegir de manera flexible el enfoque de modelado más adecuado, desde métodos de partículas basados en CFD para flujos diluidos hasta DEM completo para sistemas de partículas densas, asegurando precisión y eficiencia en una amplia gama de aplicaciones industriales.

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Simcenter ofrece un conjunto completo de modelos de flujo y emisión que reaccionan, cubriendo una amplia gama de aplicaciones. Permite un acoplamiento estrecho entre los modelos de flujo de reacción y la transferencia de calor, radiación, reacciones multifásicas y química de superficies. Nuestros modelos de flujo de reacción ayudan a comprender y optimizar la forma y ubicación de la llama, minimizar las temperaturas de los componentes sólidos, reducir las emisiones y maximizar la eficiencia del rendimiento. Puede predecir y comprender la dinámica de las llamas, la transferencia de calor, el desgaste térmico, las emisiones, el rendimiento, la conversión, la selectividad y las condiciones indeseables para capturar con precisión la física del mundo real de sus diseños.

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La hidrodinámica de partículas suavizadas (SPH) es un método rápido de dinámica de fluidos computacional sin malla. Como no se requiere mallado, permite a los ingenieros manejar fácilmente geometrías y movimientos complejos con un método rápido y robusto. Usando SPH uno puede resolver la compleja interfaz fluido/fluido altamente dinámica sin esfuerzo adicional. Como tal, el método SPH es parte de una nueva generación de métodos numéricos, desarrollados para superar las limitaciones relacionadas con el mallado con enfoques tradicionales, sin dejar de basarse en las ecuaciones de Navier-Stokes.

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Los productos innovadores de hoy en día, desde dispositivos electrónicos hasta soluciones de movilidad, necesitan soluciones innovadoras de refrigeración y gestión térmica. La suite Simcenter CFD permite a los ingenieros simular la transferencia de calor en un medio o entre medios de manera precisa y eficiente. Con conducción, convección, radiación, transferencia de calor conjugado y ebullición, la simulación CFD de Simcenter ofrece un conjunto completo de física de transferencia de calor para predecir con precisión las distribuciones de temperatura en fluidos y sólidos. La cartera de Simcenter incluye análisis CFD líder con capacidades específicas de simulación de refrigeración electrónica para nivel de paquete de chips, placa de circuito impreso (PCB), rack y gabinetes para grandes centros de datos.

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El ruido inducido por el flujo es un componente importante de la firma acústica de vehículos, edificios, ventiladores y equipos industriales. Simcenter ofrece un conjunto completo de enfoques de modelado para predecir fuentes de ruido aeroacústico, que abarcan métodos de estado estacionario, método Lattice Boltzmann transitorio (LBM), simulaciones directas de alta fidelidad basadas en DES y LES, modelos de propagación de sonido y solucionadores avanzados de ecuaciones de perturbación acústica (APE).

Simcenter soporta flujos de trabajo aeroacústicos híbridos en los que las simulaciones CFD capturan primero estructuras de flujo turbulento que actúan como fuentes de ruido. Estas fuentes se pueden transferir a simulaciones acústicas dedicadas, incluidos enfoques basados en elementos finitos, para predecir la propagación del sonido mientras se tienen en cuenta las reflexiones, la absorción y los efectos ambientales. Las aplicaciones típicas incluyen ruido HVAC, ruido de espejo lateral y otros fenómenos de sonido inducidos por el flujo.

Además, Simcenter amplía sus capacidades aeroacústicas con enfoques de simulación rápidos basados en aceleración LBM y GPU. Este método es una alternativa atractiva para predicciones precisas del ruido aeroacústico externo al capturar directamente el comportamiento de flujo inestable a alta resolución temporal.

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Casi todos los problemas de ingeniería del mundo real dependen en última instancia de la interacción entre fluidos y estructuras sólidas. La simulación CFD de Simcenter ofrece dinámica de fluidos computacional basada en volumen finito (FV) y mecánica sólida computacional basada en elementos finitos (FE) (CSM). Esto permite a los ingenieros simular la interacción fluido-estructura FSI en una única interfaz de usuario integrada fácil de usar. Con este enfoque, puede resolver problemas estáticos, cuasiestáticos y dinámicos, incluidos aquellos con geometría no lineal y múltiples partes utilizando contactos deslizantes pequeños y pequenos.

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Ampliando la interacción fluido-estructura mecánica, Simcenter CFD Simcenter ofrece flujos de trabajo eficientes para análisis de estrés térmico. Los ingenieros térmicos pueden resolver problemas de transferencia de calor entre un fluido y una estructura y, en base a eso, evaluar las tensiones térmicas en las regiones sólidas.

Con la reología computacional en el análisis CFD de Simcenter, los ingenieros pueden simular fluidos dominados por difusión y comportamiento viscoso o viscoelástico. La dinámica computacional de fluidos no newtonianos es útil para los ingenieros en productos de consumo, procesamiento de desechos e industrias de alimentos y bebidas que trabajan con mezcladores, contenedores de flujo, lodos, extrusiones y procesamiento de materiales. Simular la reología con precisión es la clave para reducir el consumo de energía, las emisiones y el uso de materias primas al tiempo que mejora la confiabilidad del producto, la experiencia del usuario y los costos de responsabilidad civil.

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La suite Simcenter CFD viene con una amplia gama de modelos electromagnéticos para abordar una variedad de simulaciones electromagnéticas, desde válvulas magnéticas, solenoides, actuadores y transformadores hasta máquinas eléctricas. Como una suite de CFD multifísica, ofrece capacidades electromagnéticas integradas que le permiten acoplarse estrechamente al flujo de refrigerante, transferencia de calor y electromagnetismo en una sola simulación. También permite a los ingenieros simular aplicaciones de magnetohidrodinámica (MHD), incluyendo simulación de arco de plasma, disyuntores de explosión de gas y soldadura.

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Para la realización de un gemelo digital holístico, la simulación CFD de Simcenter está integrada en la cartera más amplia de Simcenter. Esto permite a los ingenieros mantenerse integrados mientras ejecutan proyectos multidisciplinarios extendidos cuando el análisis necesita ir más allá de CFD multifísica. Simcenter le permite acoplarse a otras herramientas de simulación a través de interfaces dedicadas y formatos de datos comunes. Esto permite a los ingenieros crear simulaciones multidisciplinarias holísticas utilizando escalas de tiempo que van desde microsegundos hasta miles de segundos, y física que va desde una mecánica sólida sofisticada hasta simulaciones rápidas de sistemas mientras se aprovecha la tecnología de simulación más adecuada para cada disciplina.

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A medida que los sistemas de ingeniería se vuelven más complejos y los ciclos de diseño se acortan, los ingenieros necesitan formas más rápidas de explorar grandes espacios de diseño mientras mantienen la confianza en las predicciones de rendimiento. El aprendizaje profundo geométrico (GDL) basado en IA permite predicciones rápidas directamente a partir de datos de geometría y simulación, acelerando la toma de decisiones temprana y desbloqueando una exploración de diseño más amplia.

Simcenter integra Geometric Deep Learning en su flujo de trabajo CFD para crear modelos sustitutos de alta fidelidad que complementan la simulación tradicional. Al aprender directamente de los resultados de la simulación, ya sean generados recientemente o reutilizados a partir de conjuntos de datos existentes, los modelos GDL ofrecen predicciones rápidas de rendimiento en minutos en lugar de horas. Este enfoque permite a los ingenieros enfocar simulaciones computacionalmente intensivas en los conceptos más prometedores mientras usan IA para examinar, comparar y refinar de manera eficiente las alternativas de diseño. El resultado es una iteración más rápida, un mejor uso de las inversiones en simulación histórica y una visión escalable basada en IA conectada sin problemas a los flujos de trabajo de simulación basados en la física.

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