Simulation CFD

Qu'il s'agisse de gaz ou de liquides, Simcenter propose un ensemble complet de modèles informatiques de dynamique des fluides pour les écoulements monophasiques. Qu'il s'agisse de régimes compressibles ou incompressibles, de régimes laminaires ou de régimes turbulents, Simcenter prend en charge l'analyse CFD dans un large éventail de conditions de débit et d'applications. Pour les écoulements turbulents, les ingénieurs peuvent choisir parmi une gamme de modèles de turbulence de pointe, notamment Reynolds‑Averaged Navier-Stokes (RANS), Detached Eddy Simulation (DES) et Large Eddy Simulation (LES), permettant de trouver le juste équilibre entre précision et coûts de calcul.

Outre les approches CFD à volumes finis, Simcenter inclut également des fonctionnalités de méthode par panneaux pour permettre des analyses aérodynamiques et hydrodynamiques rapides. Les méthodes par panneaux utilisent des formulations basées sur la surface et entraînées par tourbillonnement pour capturer efficacement les principales caractéristiques du flux liées à des géométries complexes sans avoir besoin d'un maillage volumétrique. Cette approche est particulièrement bien adaptée à la conception précoce et à l'évaluation des concepts, elle permet de prédire rapidement les charges, les forces et les caractéristiques de performance, et de compléter la CFD haute fidélité pour une validation ultérieure.

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

La simulation CFD Simcenter fournit des fonctionnalités avancées pour modéliser les flux compressibles, supersoniques et hypersoniques, en soutenant l'analyse des interactions entre les chocs, de l'échauffement aérodynamique et des phénomènes de flux à nombre de Mach élevé à l'aide de modèles physiques et de méthodes numériques appropriés. Pour une évaluation rapide de l'aérodynamique supersonique et hypersonique externe dès les premiers stades de développement, Simcenter inclut également une méthode par panneaux. Cette méthode basée sur la surface capture efficacement les principales caractéristiques aérodynamiques telles que la distribution de la pression, les forces et les moments sur des configurations complexes sans maillage volumétrique, en complément des simulations CFD haute fidélité utilisées ultérieurement pour la physique des flux et la validation détaillées.

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Les problèmes d'ingénierie du monde réel concernent de multiples régimes de flux à travers des films stratifiés, dispersés, discrets, etc. À ce jour, aucun modèle multiphasique ne peut couvrir tous les régimes ; toutefois, Simcenter CFD propose une gamme complète de modèles pour les simulations CFD multiphasiques qui peuvent être utilisés ensemble pour couvrir de nombreux régimes de flux, y compris les transitions entre eux. Prédisez et comprenez le comportement réel de vos produits en simulant des écoulements polyphasiques à plusieurs régimes et à plusieurs échelles.

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La dynamique des particules joue un rôle essentiel dans de nombreuses applications techniques, notamment les lits fluidisés, les séparateurs cycloniques, 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 Simcenter CFD 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 entre particules et la mécanique des contacts dominent la physique, Simcenter propose des fonctionnalités avancées de méthode par éléments discrets (DEM). Ces approches résolues par particules permettent de modéliser de manière réaliste la forme des particules, leur distribution granulométrique, leur comportement de contact et les propriétés des matériaux, ce qui permet de prévoir avec précision le flux, la ségrégation, la rupture, l'agglomération et l'usure des matériaux en vrac. C'est particulièrement important pour les systèmes granulaires denses où les modèles de particules classiques basés sur la CFD ne suffisent pas.

En combinant DEM et CFD dans un cadre de simulation unifié, Simcenter permet de simuler en détail des systèmes complexes entre particules et fluides. Les ingénieurs peuvent choisir de manière flexible l'approche de modélisation la plus appropriée, qu'il s'agisse de méthodes de particules basées sur la CFD pour les flux dilués ou d'une méthode DEM complète pour les systèmes à particules denses, garantissant ainsi précision et efficacité dans un large éventail d'applications industrielles.

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Simcenter propose une suite complète de modèles de flux réactifs et d'émissions, couvrant un large éventail d'applications. Il permet un couplage étroit entre les modèles de flux de réaction et le transfert de chaleur, les rayonnements, les réactions polyphasiques et la chimie des surfaces. Nos modèles de flux de réaction aident à comprendre et à optimiser la forme et l'emplacement des flammes, à minimiser la température des composants solides, à réduire les émissions et à optimiser l'efficacité des performances. Vous pouvez prévoir 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 afin de capturer avec précision la physique réelle de vos conceptions.

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L'hydrodynamique des particules lissées (SPH) est une méthode informatique rapide de dynamique des fluides sans maillage. Comme aucun maillage n'est requis, cela permet aux ingénieurs de gérer facilement des géométries et des mouvements complexes grâce à une méthode rapide et robuste. SPH permet de résoudre une interface fluide/fluide complexe et hautement dynamique sans effort supplémentaire. La méthode SPH fait donc partie d'une nouvelle génération de méthodes numériques, développées pour surmonter les contraintes liées au maillage à l'aide des approches traditionnelles tout en se basant sur les équations de Navier-Stokes.

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Les produits innovants d'aujourd'hui, qu'il s'agisse d'appareils électroniques ou de solutions de mobilité, nécessitent des solutions innovantes de refroidissement et de gestion thermique. La suite Simcenter CFD permet aux ingénieurs de simuler avec précision et efficacité le transfert de chaleur dans un support ou entre un support. En ce qui concerne la conduction, la convection, le rayonnement, le transfert de chaleur conjugué et l'ébullition, la simulation Simcenter CFD propose une suite complète de physiques du transfert de chaleur permettant de prédire avec précision les distributions de température dans les fluides et les solides. Le portefeuille Simcenter comprend des analyses CFD de pointe avec des fonctionnalités spécifiques de simulation du refroidissement des composants électroniques au niveau des boîtiers, des circuits imprimés (PCB), des racks et des boîtiers destinés aux grands centres de données.

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Le bruit induit par le flux joue un rôle important dans 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, notamment des méthodes en régime permanent, la méthode transitoire Lattice Boltzmann (LBM), des simulations directes haute fidélité basées sur le DES et LES, des modèles de propagation du son et des solveurs 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 des 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, afin de prédire la propagation du son tout en tenant compte des réflexions, de l'absorption et des effets environnementaux. Les applications typiques incluent le bruit du système de climatisation, le bruit des rétroviseurs extérieurs et d'autres phénomènes sonores induits par le flux.

Simcenter étend également ses capacités aéroacoustiques grâce à des approches de simulation rapides basées sur la LBM et l'accélération GPU. Cette méthode est une alternative intéressante pour des prévisions précises du bruit aéroacoustique externe en capturant directement le comportement instable des écoulements 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 propose à la fois la dynamique des fluides informatique basée sur les volumes finis (FV) et la mécanique des solides (CSM) basée sur les éléments finis (FE). Cela permet aux ingénieurs de simuler l'interaction fluide-structure FSI dans une interface utilisateur intégrée unique et facile à utiliser. Grâce à cette approche, vous pouvez résoudre des problèmes statiques, quasi-statiques et dynamiques, y compris ceux liés à la géométrie non linéaire et à plusieurs pièces à l'aide de contacts collés et de petits contacts coulissants.

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En élargissant l'interaction entre la mécanique et la structure, la simulation Simcenter CFD propose des flux de travail efficaces pour les analyses des contraintes thermiques. Les ingénieurs thermiciens 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.

Grâce à la rhéologie informatique associée à l'analyse CFD Simcenter, les ingénieurs peuvent simuler des fluides dominés par la diffusion et un comportement visqueux ou viscoélastique. La dynamique informatique des fluides non newtoniens est utile aux ingénieurs des secteurs des produits de consommation, du traitement des déchets et de l'industrie agroalimentaire qui travaillent avec des mélangeurs, des réservoirs à flux, des boues, des extrusions et des matériaux de transformation. Simuler la rhéologie avec précision est la clé pour réduire la consommation d'énergie, les émissions et la consommation de 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 comprend un large éventail de modèles électromagnétiques destinés à répondre à de nombreuses simulations électromagnétiques, qu'il s'agisse de vannes magnétiques, de solénoïdes, d'actionneurs, de transformateurs ou de machines électriques. En tant que suite CFD multiphysique, elle propose des fonctionnalités électromagnétiques intégrées qui vous permettent d'établir un couplage étroit avec le flux de liquide de refroidissement, le transfert de chaleur et l'électromagnétisme en une seule simulation. Il permet également aux ingénieurs de simuler des applications de magnétohydrodynamique (MHD), notamment la simulation d'arcs à plasma, les disjoncteurs à jet de gaz et le soudage.

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Pour réaliser un jumeau numérique holistique, la simulation Simcenter CFD est intégrée à la gamme Simcenter. Cela permet aux ingénieurs de rester intégrés tout en menant des projets multidisciplinaires étendus lorsque l'analyse doit aller au-delà de la CFD multiphysique. Simcenter vous permet de vous connecter à d'autres outils de simulation via des interfaces dédiées et des formats de données courants. Cela permet aux ingénieurs de créer des simulations multidisciplinaires holistiques sur des échelles de temps allant de la microseconde à des milliers de secondes, et de la physique, allant de la mécanique des solides sophistiquée à des simulations rapides de systèmes, tout en tirant parti de la technologie de simulation la mieux adaptée à chaque discipline.

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À mesure que les systèmes d'ingénierie deviennent de plus en plus complexes et que les cycles de conception se raccourcissent, les ingénieurs ont besoin de moyens plus rapides pour explorer de grands espaces de conception tout en restant confiants dans les prévisions de performances. Le Geometric Deep Learning (GDL) basé sur l'IA permet de faire des prédictions rapides directement à partir de données de géométrie et de simulation, accélérant ainsi la prise de décisions et ouvrant la voie à une exploration plus large de la conception.

Simcenter intègre le deep learning géométrique à son flux de travail CFD afin de créer des modèles de substitution haute fidélité qui complètent la simulation traditionnelle. En tirant des enseignements directement des résultats de simulation, qu'ils soient récemment générés ou réutilisés à partir de jeux de données existants, les modèles GDL fournissent des prévisions de performances rapides en quelques minutes au lieu de plusieurs heures. Cette approche permet aux ingénieurs de concentrer leurs simulations intensives sur les concepts les plus prometteurs tout en utilisant l'IA pour sélectionner, comparer et affiner efficacement les alternatives de conception. Le résultat est une itération plus rapide, une meilleure utilisation des investissements historiques en matière de simulation et des informations évolutives pilotées par l'IA, parfaitement connectées aux flux de travail de simulation basés sur la physique.

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