Simulation CFD

Qu'il s'agisse de gaz ou de liquides, Simcenter offre un ensemble complet de modèles informatiques de dynamique des fluides pour les écoulements monophasés. Du compressible à l'incompressible, et des régimes laminaires aux régimes turbulents, Simcenter prend en charge l'analyse CFD dans une large gamme de conditions d'écoulement et d'applications. Pour les flux turbulents, les ingénieurs peuvent choisir parmi un portefeuille de modèles de turbulence à la fine pointe de la technologie, y compris Reynolds‑Averaged Navier—Stokes (RANS), Detached Eddy Simulation (DES) et Large Eddy Simulation (LES), permettant le bon équilibre entre précision et coût de calcul.

En plus des approches CFD à volume fini, Simcenter inclut également des capacités de méthode sur panneau pour prendre en charge l'analyse aérodynamique et hydrodynamique rapide. Les méthodes de panneau utilisent des formulations basées sur la surface et basées sur la vortivité pour capturer efficacement les caractéristiques clés de flux autour de géométries complexes sans avoir besoin d'un maillage volumétrique. Cette approche est particulièrement bien adaptée à la conception précoce et à l'évaluation du concept, permettant une prédiction rapide des charges, des forces et des caractéristiques de performance, et complétant la CFD haute fidélité pour la validation à un stade ultérieur.

Les flux hypersoniques et supersoniques sont à la pointe de la recherche et des applications aérospatiales de nouvelle génération. Dans ces régimes à grande vitesse, de fortes ondes de choc, des températures élevées et des gradients de pression extrêmes dominent le comportement d'écoulement. À mesure que les effets de dissociation et d'ionisation des gaz deviennent importants, les hypothèses sur les gaz idéaux peuvent ne plus être valides, nécessitant des approches de modélisation du gaz réel et thermochimique pour capturer avec précision la physique et les performances des écoulements.

La simulation CFD Simcenter offre des capacités avancées pour modéliser les écoulements compressibles, supersoniques et hypersoniques, en soutenant l'analyse des interactions de choc, du chauffage aérodynamique et des phénomènes d'écoulement à nombre élevé de maches avec des modèles physiques et des méthodes numériques appropriés. Pour une évaluation rapide de l'aérodynamique supersonique et hypersonique externe aux premiers stades de développement, Simcenter inclut également une méthode par panneau. Cette méthode basée sur la surface capture efficacement les caractéristiques aérodynamiques clés telles que la répartition de la pression, les forces et les moments sur des configurations complexes sans maillage volumétrique, complétant les simulations CFD haute fidélité utilisées plus tard pour la physique détaillée des flux et la validation.

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Les problèmes d'ingénierie du monde réel couvrent plusieurs régimes d'écoulement sur des films stratifiés, dispersés, discrets, etc. À ce jour, il n'y a pas de modèle multiphase unique pouvant couvrir tous les régimes ; cependant, Simcenter CFD fournit une gamme complète de modèles pour les simulations CFD multiphases qui peuvent être utilisées ensemble pour couvrir de nombreux régimes d'écoulement, y compris les transitions entre eux. Prévoyez et comprenez le comportement réel de vos produits en simulant des flux multiphases multi-régimes et multi-échelles.

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La dynamique des particules joue un rôle essentiel dans de nombreuses applications d'ingénierie, y compris les lits fluidisés, les séparateurs cyclones, les procédés de revêtement, les convoyeurs, les torréfacteurs et les systèmes de manutention de matériaux en vrac. Qu'il s'agisse de flux de particules diluées ou denses, la simulation CFD Simcenter permet d'optimiser la distribution des particules, de réduire la consommation d'énergie, de minimiser l'usure et l'abrasion et de maximiser les performances globales du système. Pour les applications où les interactions particules-particules et la mécanique des contacts dominent la physique, Simcenter fournit des capacités avancées de méthode par éléments discrets (DEM). Ces approches résolues par les particules permettent une modélisation réaliste de la forme des particules, de la distribution granulométrique, du comportement de contact et des propriétés des matériaux, soutenant une prédiction précise de l'écoulement des matières en vrac, de la ségrégation, de la rupture, de l'agglomération et de l'usure. Ceci est particulièrement important pour les systèmes granulaires denses où les modèles de particules conventionnels à base de CFD ne sont pas suffisants.

En combinant DEM et CFD dans un cadre de simulation unifié, Simcenter permet une simulation détaillée de systèmes complexes de particules et de fluides. Les ingénieurs peuvent choisir de manière flexible l'approche de modélisation la plus appropriée, des méthodes de particules à base de CFD pour les écoulements dilués au DEM complet pour les systèmes à particules denses, garantissant précision et efficacité dans un large éventail d'applications industrielles.

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Simcenter fournit une suite complète de modèles de débit réactionnel et d'émission, couvrant un large éventail d'applications. Il permet un couplage étroit entre les modèles de flux réactifs et le transfert de chaleur, le rayonnement, les réactions multiphasiques et la chimie de surface. Nos modèles de flux réagissant aident à comprendre et à optimiser la forme et l'emplacement de la flamme, à minimiser les températures des composants solides, à réduire les émissions et à maximiser l'efficacité des performances. Vous pouvez prédire et comprendre la dynamique des flammes, le transfert de chaleur, l'usure thermique, les émissions, le rendement, la conversion, la sélectivité et les conditions indésirables pour capturer avec précision la physique réelle de vos conceptions.

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L'hydrodynamique des particules lisses (SPH) est une méthode informatique rapide de dynamique des fluides sans mailles. Comme aucun maillage n'est nécessaire, il permet aux ingénieurs de gérer facilement des géométries et des mouvements complexes avec une méthode rapide et robuste. En utilisant SPH, on peut résoudre une interface fluide/fluide très dynamique complexe sans effort supplémentaire. En tant que telle, la méthode SPH fait partie d'une nouvelle génération de méthodes numériques, développées pour surmonter les contraintes liées au maillage avec des approches traditionnelles tout en étant basée sur les équations de Navier-Stokes.

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Les produits innovants d'aujourd'hui, des appareils électroniques aux solutions de mobilité, nécessitent des solutions innovantes de refroidissement et de gestion thermique. La suite CFD Simcenter permet aux ingénieurs de simuler le transfert de chaleur dans un milieu ou entre des supports avec précision et efficacité. Avec la conduction, la convection, le rayonnement, le transfert de chaleur conjugué et l'ébullition, la simulation Simcenter CFD offre une suite complète de physiques de transfert de chaleur pour prédire avec précision les distributions de température dans les fluides et les solides. Le portefeuille Simcenter comprend des analyses CFD de pointe avec des capacités de simulation de refroidissement électroniques spécifiques pour le niveau des boîtiers de puces, des cartes de circuits imprimés (PCB), des racks et des boîtiers pour les grands centres de données.

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Le bruit induit par le flux est une composante importante de la signature acoustique des véhicules, des bâtiments, des ventilateurs et des équipements industriels. Simcenter propose un ensemble complet d'approches de modélisation pour prédire les sources de bruit aéroacoustique, couvrant les méthodes en régime permanent, la méthode transitoire Lattice Boltzmann (LBM), les simulations directes haute fidélité basées sur DES et LES, les modèles de propagation du son et les résolveurs avancés d'équations de perturbation acoustique (APE).

Simcenter prend en charge les flux de travail aéroacoustiques hybrides dans lesquels les simulations CFD capturent d'abord les structures d'écoulement turbulentes qui agissent comme des sources de bruit. Ces sources peuvent ensuite être transférées vers des simulations acoustiques dédiées, y compris des approches basées sur les éléments finis, pour prédire la propagation du son tout en tenant compte des réflexions, de l'absorption et des effets environnementaux. Les applications typiques comprennent le bruit CVC, le bruit des rétroviseurs latéraux et d'autres phénomènes sonores induits par le flux.

De plus, Simcenter étend ses capacités aéroacoustiques avec des approches de simulation rapides basées sur l'accélération LBM et GPU. Cette méthode est une alternative intéressante pour des prédictions précises du bruit aéroacoustique externe en capturant directement le comportement d'écoulement instable à haute résolution temporelle.

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Presque tous les problèmes d'ingénierie du monde réel dépendent en fin de compte de l'interaction entre les fluides et les structures solides. La simulation CFD Simcenter offre à la fois la dynamique des fluides computationnelle basée sur les volumes finis (FV) et la mécanique des solides computationnelle (CSM) basée sur les éléments finis (FE). Cela permet aux ingénieurs de simuler l'interaction fluide-structure FSI dans une interface utilisateur unique intégrée facile à utiliser. En utilisant cette approche, vous pouvez résoudre des problèmes statiques, quasi-statiques et dynamiques, y compris ceux avec une géométrie non linéaire et plusieurs pièces à l'aide de contacts collés et de petits contacts coulissants.

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Prolongeant l'interaction fluide-structure mécanique, la simulation CFD Simcenter offre des flux de travail efficaces pour les analyses de contraintes thermiques. Les ingénieurs thermiques peuvent résoudre les problèmes de transfert de chaleur entre un fluide et une structure, et sur cette base évaluer les contraintes thermiques dans les régions solides.

Avec la rhéologie computationnelle dans l'analyse CFD Simcenter, les ingénieurs peuvent simuler des fluides dominés par la diffusion et le comportement visqueux ou viscoélastique. La dynamique informatique des fluides des fluides non newtoniens est utile aux ingénieurs des produits de consommation, du traitement des déchets et des industries alimentaires et des boissons qui travaillent avec des mélangeurs, des contenants d'écoulement, des boues, des extrusions et du traitement des matériaux. Simuler la rhéologie avec précision est la clé pour réduire la consommation d'énergie, les émissions et l'utilisation des matières premières tout en améliorant la fiabilité des produits, l'expérience utilisateur et les coûts de responsabilité.

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La suite Simcenter CFD est livrée avec une large gamme de modèles électromagnétiques pour répondre à une gamme de simulations électromagnétiques allant des vannes magnétiques, des solénoïdes, des actionneurs et des transformateurs aux machines électriques. En tant que suite CFD multiphysique, elle offre des capacités électromagnétiques intégrées qui vous permettent de coupler étroitement au flux de liquide de refroidissement, au transfert de chaleur et à l'électromagnétisme en une seule simulation. Il permet également aux ingénieurs de simuler des applications de magnétohydrodynamique (MHD), y compris la simulation d'arc plasma, les disjoncteurs à jet de gaz et le soudage.

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Pour la réalisation d'un jumeau numérique holistique, la simulation CFD Simcenter est intégrée au portefeuille Simcenter plus large. Cela permet aux ingénieurs de rester intégrés tout en exécutant des projets multidisciplinaires étendus lorsque l'analyse doit aller au-delà des CFD multiphysiques. Simcenter vous permet de coupler à d'autres outils de simulation grâce à des interfaces dédiées et des formats de données communs. Cela permet aux ingénieurs de créer des simulations multidisciplinaires holistiques en utilisant des échelles de temps allant de la microseconde à des milliers de secondes, et de la physique allant de la mécanique solide sophistiquée aux simulations rapides de systèmes tout en tirant parti de la technologie de simulation la mieux adaptée à chaque discipline.

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Alors que les systèmes d'ingénierie deviennent plus complexes et que les cycles de conception raccourcissent, les ingénieurs ont besoin de moyens plus rapides pour explorer de grands espaces de conception tout en gardant confiance dans les prévisions de performances. Le Geometric Deep Learning (GDL) basé sur l'IA permet des prédictions rapides directement à partir de données de géométrie et de simulation, accélérant la prise de décision précoce et débloquant une exploration plus large de la conception.

Simcenter intègre Geometric Deep Learning dans son flux de travail CFD pour créer des modèles de substitution haute fidélité qui complètent la simulation traditionnelle. En apprenant directement à partir des résultats de simulation, qu'ils soient nouvellement générés ou réutilisés à partir d'ensembles de données existants, les modèles GDL fournissent des prévisions de performances rapides en quelques minutes au lieu d'heures. Cette approche permet aux ingénieurs de concentrer des simulations intensives en calcul sur les concepts les plus prometteurs tout en utilisant l'IA pour filtrer, comparer et affiner efficacement les alternatives de conception. Le résultat est une itération plus rapide, une meilleure utilisation des investissements de simulation historiques et des informations évolutives et pilotées par l'IA, connectées de manière transparente aux flux de travail de simulation basés sur la physique.

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