Arvutuslik vedelikudünaamika

Lõplike elementide analüüsi (FEA) on tootetehnoloogias edukalt kasutatud aastakümneid. Koos sellega töötati pidevalt välja kõrge täpsusega modelleerimise lähenemisviise ja pragmaatilisemaid lähenemisviise, mis võimaldavad teil kiiremini saada piisavalt täpseid tulemusi.

Täna saavad insenerid ja peavad valima nende vajadustele kõige paremini vastava täpsuse taseme, et vastata inseneriküsimustele minimaalse arvutusliku pingutusega. Täpsuse tase ulatub kõrge täpsusega modelleerimistehnikatest, mis võimaldavad reaalset käitumist ennustada mõne protsendi või isegi vähem piires, kuni kiirete meetoditeni, mis võimaldavad kiiret trendi ennustust.

Tänapäeval on FEA simulatsioonitööriistade sertifitseerimise ja kontrolliprotsessid hästi väljakujunenud. Need jäävad FEA arengu kriitiliseks koostisosaks, selle usaldusväärsuse ja usalduse digitaalsete kaksikute vastu ning selle loomise uudsetes valdkondades. Kuigi ennustav simulatsioon vähendab pidevalt vajadust kallite mõõtmiste ja prototüüpide järele, nõuab see jätkuvalt rangeid FE meetodeid ja parimate tavade valideerimist katsete kaudu.

Meshfree CFD metoodikad pakuvad valitud rakenduste jaoks ahvatlevat alternatiivset lähenemisviisi võrgupõhistele meetoditele. Kui tulemuste kiire saamine on prioriteet kõrgeima täpsuse ees, on tasandatud osakeste hüdrodünaamika (SPH) tõhus vahend. Mõlemal meetodil on aga oma koht ja sõltuvalt lahendamise aja nõudmistest ja nõutavast täpsusest võib olla kasulik valida võrgupõhine või võrgueta lähenemine.

Enamik meie ümber olevatest voogudest, mis on seotud tootearendusega, on oma olemuselt turbulentsed. Aastakümnete jooksul on teadus ja tööstus loonud tihedad suhted, et lisada turbulentsikirjeldused Navier-Stokesi võrrandisse. Näiteks sõltub antud rakenduse ja CFD projekti jaoks kõige sobivama turbulentsimudeli võrkumine suuresti täpsuse ja simulatsiooni kiiruse nõuetest.

Üldiselt võib turbulentsi modelleerimise liigitada kolme põhikategooriasse: statistiline modelleerimine, tuntud ka kui Reynoldsi keskmine Navier-Stokes (RANS), skaala lahendamise simulatsioon (SRS), nagu suure pöörissimulatsioon (LES) või eraldatud pöörissimulatsioonid (DES) ja lõpuks otsene numbriline simulatsioon (DNS), mis ei tee turbulentsi modelleerimise eeldusi.

CFD õppimine nõuab aega, pühendumist, põhjalikku õppimist ja praktikat. Oluline on mõista vedeliku dünaamika aluseks olevat fundamentaalset füüsikat ja Navier-Stokesi võrrandit, mõista numbrilisi meetodeid ja nende piiranguid ning harjutada tegeliku arvutusliku vedeliku dünaamika tarkvara tööriista praktilist kasutamist. Tänu automatiseerimisele ja kasutajaliideste pidevale täiustamisele kaasaegses arvutusvedeliku dünaamika tarkvaras vähenevad kõrge täpsusega CFD takistused veelgi kõigil tasanditel nihkudes, tulemuste uurimise ja simulatsioonipõhiste otsuste tegemise ulatus. Samuti on oluline mõista vedeliku põhilist dünaamikat, et hinnata tulemusi ja teha CFD tulemuste põhjal sisukaid inseneriotsuseid.

CFD-projekti riistvara valik sõltub tõesti teie projektist, eelarvest ja praegustest prioriteetidest. Mõned soovitused: x86 protsessorid on simulatsioone käitanud juba ammu. Iga lahendaja töötati algselt välja ja kinnitati selle platvormi jaoks. Otsige maksimaalse vahemäluga CFD riistvara - serverid, tööjaamad ja sülearvutid. Graafilised töötlusüksused (GPU-d) toetavad tänapäeval paljusid lahendajaid ja tarkvara kohaneb sellega veelgi. See lahendus on väga energiatõhus. Pöörake suurt tähelepanu sellele, et teie vajalikud lahendajad oleksid toetatud ja vastavad teie kasutusjuhtumi mälunõuetele. See võimaldab teil mitme GPU-ga tööjaamadest ja GPU-klastritest maksimumi võtta. ARM-protsessorid toetavad kõike peale graafilise kasutajaliidese. See on lähenemisviis kulutõhusaks andmetöötluseks, eriti pilveteenuste puhul. Eeldusel, et teie arvutuslik vedeliku dünaamika simulatsiooni tööriist toetab ARM-tehnoloogi Üldiselt on pilvepõhine CFD simulatsioon lihtne lahendus. Pole investeeringuid kallisse arvutiriistvarasse, puuduvad tühikäigud ja nõudmisel skaleeritavad.

Arvutusliku vedeliku dünaamika simulatsioonitarkvara kasutatakse paljudes insenerirakendustes alati, kui on vaja mõista või ennustada vedeliku voolu ja soojusülekannet ning sellest tulenevat mõju toote või süsteemi konstruktsioonile. Tööstustoodete disainis on arvutuslik vedelikudünaamika simulatsioon edenenud multifüüsikalise käitumise simuleerimisele keerukates geomeetriates, võimaldades ettevõtetel enne prototüübi ehitamist oma tootedisaini täielikult mõista ja optimeerida.

Tööstused, kus arvutuslikku vedeliku dünaamika simulatsiooni kasutatakse laialdaselt, on järgmised

• Lennundus
• Autotööstus
• Keemiline
• Tarbekaubad
• Merelaev (laevade projekteerimine, tõukejõusüsteemid ja mootori konstruktsioon)
• Elektroonika
• Energia (tuuma-, nafta- ja gaasi- ja elektrienergia tootmine)
• Ehitusteenused
• Bioteadused
• Turbomasinatööstus
• Sport
• Muud üldised rakendused, mis hõlmavad vedeliku voolu ja soojusülekannet