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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, utilizada para describir el movimiento de los fluidos.

¿Qué es la dinámica de fluidos computacional?

Una simulación computacional de dinámica de fluidos implica el uso de las leyes fundamentales de la mecánica, el gobierno de las ecuaciones de la dinámica de fluidos y el modelado para formular matemáticamente un problema físico. Una vez formulados, los recursos informáticos utilizan métodos numéricos para resolver las ecuaciones utilizando software CFD para obtener soluciones aproximadas para las propiedades físicas involucradas.

Las simulaciones computacionales de dinámica de fluidos se basan en la ecuación de Navier-Stokes, utilizada para describir el movimiento de los fluidos. La precisión de las simulaciones CFD depende de la fidelidad del modelo, las aproximaciones y suposiciones utilizadas, la validación experimental y los recursos informáticos disponibles. Es esencial caracterizar las incertidumbres y errores en la simulación de dinámica de fluidos computacional para utilizarla como una herramienta eficaz en 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 computacional de fluidos es el método numérico para simular el movimiento fluido constante e inestable utilizando métodos computacionales y hardware.

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

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Simulación visual de dinámica de fluidos computacional (CFD) del software Simcenter STAR-CCM+.

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Descubra los beneficios

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

Aumente el rendimiento

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

Reducción de tiempo

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

Reducción de costos

Aprovechando la dinámica de fluidos computacional, puede reducir significativamente el costo de desarrollo de su producto en comparación con los procesos tradicionales de diseño 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 de malla del software Simcenter STAR-CCM+.

Preprocesamiento

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

El software de simulación CFD comienza a resolver iterativamente las ecuaciones discretizadas utilizando el solucionador de CFD.

Resolviendo

El software de simulación CFD comienza a resolver iterativamente las ecuaciones discretizadas utilizando el solucionador de CFD. Este paso puede requerir mucho tiempo o recursos informáticos. Para simulaciones complejas, más empresas están recurriendo a la computación en la nube como una solución rentable a este problema.

Brazo robótico con líneas azules brillantes sobre un fondo oscuro con patrones de placa de circuito

Postprocesamiento

Una vez que se completa la resolución, el siguiente paso es analizar y visualizar los resultados de la simulación cualitativa y cuantitativamente utilizando informes, monitores, gráficos, imágenes 2D/3D y animaciones. La verificación y validación de los resultados también se incluyen en esta etapa.

Dinámica de fluidos computacional multifísica

La dinámica de fluidos computacional moderna es más que la capacidad de simular y predecir el flujo de fluidos y el comportamiento de transferencia de calor. Hoy en día, el CFD está integrado en un entorno multidisciplinario de ingeniería asistida por computadora (CAE), lo que permite a los ingenieros modelar una amplia gama de física relacionada con fluidos, desde la reaccion de los flujos hasta la aeroacústica, desde los flujos multifásicos hasta la dinámica de partículas, desde la refrigeración 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 ingeniería holística entre dominios para lograr el máximo rendimiento.

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