Simulazione CFD

Che si tratti di gas o liquidi, Simcenter offre una serie completa di modelli di fluidodinamica computazionale per flussi monofase. Dai regimi comprimibili a quelli incomprimibili e dai regimi laminari a quelli turbolenti, Simcenter supporta l'analisi CFD in un'ampia gamma di condizioni e applicazioni di flusso. Per i flussi turbolenti, gli ingegneri possono scegliere tra un portafoglio all'avanguardia di modelli di turbolenza, tra cui Reynolds‑Averaged Navier-Stokes (RANS), Detached Eddy Simulation (DES) e Large Eddy Simulation (LES), che consentono il giusto equilibrio tra precisione e costo computazionale.

Oltre agli approcci CFD a volumi finiti, Simcenter include anche funzionalità del metodo panel per supportare analisi aerodinamiche e idrodinamiche rapide. I metodi del pannello utilizzano formulazioni basate sulla superficie e basate sulla vorticità per acquisire in modo efficiente le principali caratteristiche di flusso attorno a geometrie complesse senza la necessità di mesh volumetriche. Questo approccio è particolarmente adatto per la valutazione precoce della progettazione e del concetto, consentendo una rapida previsione di carichi, forze e caratteristiche prestazionali e integrando la CFD ad alta fedeltà per la convalida in fase successiva.

I flussi ipersonici e supersonici sono in prima linea sia nella ricerca che nelle applicazioni aerospaziali di prossima generazione. In questi regimi ad alta velocità, forti onde d'urto, alte temperature e gradienti di pressione estremi dominano il comportamento del flusso. Man mano che gli effetti di dissociazione e ionizzazione dei gas diventano significativi, le ipotesi sui gas ideali potrebbero non essere più valide, richiedendo approcci di modellazione termochimica e di gas reali per acquisire con precisione la fisica e le prestazioni del flusso.

La simulazione CFD Simcenter offre funzionalità avanzate per la modellazione di flussi comprimibili, supersonici e ipersonici, supportando l'analisi delle interazioni di shock, del riscaldamento aerodinamico e dei fenomeni di flusso ad alto numero di Mach con modelli fisici e metodi numerici appropriati. Per una valutazione rapida dell'aerodinamica supersonica e ipersonica esterna nelle prime fasi di sviluppo, Simcenter include anche un metodo panel. Questo metodo basato sulla superficie acquisisce in modo efficiente le caratteristiche aerodinamiche chiave come la distribuzione della pressione, le forze e i momenti su configurazioni complesse senza meshing volumetrico, integrando le simulazioni CFD ad alta fedeltà utilizzate in seguito per la fisica dettagliata e la convalida del flusso.

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I problemi ingegneristici del mondo reale riguardano più regimi di flusso su film stratificati, dispersi, discreti, ecc. Ad oggi, non esiste un unico modello multifase in grado di coprire tutti i regimi; tuttavia, Simcenter CFD fornisce una gamma completa di modelli per simulazioni CFD multifase che possono essere usati insieme per coprire molti regimi di flusso, comprese le transizioni tra di essi. Preveda e comprenda il comportamento reale dei suoi prodotti simulando flussi multifase multiregime e multiscala.

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La dinamica delle particelle svolge un ruolo fondamentale in molte applicazioni ingegneristiche, tra cui letti fluidizzati, separatori a ciclone, processi di rivestimento, trasportatori, tostatrici e sistemi di movimentazione di materiali sfusi. Che si tratti di flussi di particelle diluiti o densi, la simulazione CFD di Simcenter aiuta a ottimizzare la distribuzione delle particelle, ridurre il consumo di energia, minimizzare l'usura e l'abrasione e massimizzare le prestazioni complessive del sistema. Per le applicazioni in cui le interazioni particella-particella e la meccanica dei contatti dominano la fisica, Simcenter offre funzionalità avanzate per il metodo degli elementi discreti (DEM). Questi approcci risolti con particelle consentono una modellazione realistica della forma delle particelle, della distribuzione delle dimensioni, del comportamento di contatto e delle proprietà dei materiali, supportando una previsione accurata del flusso di materiale sfuso, della segregazione, della rottura, dell'agglomerazione e dell'usura. Ciò è particolarmente importante per i sistemi granulari densi in cui i modelli di particelle convenzionali basati su CFD non sono sufficienti.

Combinando DEM e CFD all'interno di un framework di simulazione unificato, Simcenter consente una simulazione dettagliata di sistemi complessi di particelle e fluidi. Gli ingegneri possono scegliere in modo flessibile l'approccio di modellazione più appropriato, dai metodi con particelle basati su CFD per i flussi diluiti al DEM completo per i sistemi a particolato denso, garantendo precisione ed efficienza in un'ampia gamma di applicazioni industriali.

Per saperne di più sui flussi di particelle e sul DEM

Simcenter offre una suite completa di modelli di flusso ed emissione di reazione, che copre un'ampia gamma di applicazioni. Consente uno stretto accoppiamento tra i modelli di flusso reagente e il trasferimento di calore, la radiazione, le reazioni multifase e la chimica delle superfici. I nostri modelli di flusso reattivo aiutano a comprendere e ottimizzare la forma e la posizione della fiamma, minimizzare le temperature dei componenti solidi, ridurre le emissioni e massimizzare l'efficienza delle prestazioni. Può prevedere e comprendere la dinamica della fiamma, il trasferimento di calore, l'usura termica, le emissioni, la resa, la conversione, la selettività e le condizioni indesiderate per catturare con precisione la fisica reale dei suoi progetti.

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L'idrodinamica a particelle levigate (SPH) è un metodo di fluidodinamica computazionale rapido e senza maglie. Poiché non è richiesta alcuna mesh, consente agli ingegneri di gestire facilmente geometrie e movimenti complessi con un metodo rapido e robusto. Utilizzando SPH si può risolvere un'interfaccia fluido/fluido complessa e altamente dinamica senza alcuno sforzo aggiuntivo. In quanto tale, il metodo SPH fa parte di una nuova generazione di metodi numerici, sviluppati per superare i vincoli legati al mesh con approcci tradizionali pur essendo basato sulle equazioni di Navier-Stokes.

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I prodotti innovativi di oggi, dai dispositivi elettronici alle soluzioni per la mobilità, richiedono soluzioni innovative di raffreddamento e gestione termica. La suite Simcenter CFD consente agli ingegneri di simulare il trasferimento di calore in un mezzo o tra supporti in modo accurato ed efficiente. Con conduzione, convezione, irraggiamento, trasferimento di calore coniugato ed ebollizione, la simulazione CFD di Simcenter offre una suite completa di fisica del trasferimento di calore per prevedere con precisione le distribuzioni della temperatura nei fluidi e nei solidi. Il portafoglio Simcenter include analisi CFD all'avanguardia con funzionalità specifiche di simulazione del raffreddamento elettronico a livello di pacchetto di chip, circuiti stampati (PCB), rack e custodie per data center di grandi dimensioni.

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Il rumore indotto dal flusso è una componente significativa della firma acustica di veicoli, edifici, ventilatori e apparecchiature industriali. Simcenter offre una serie completa di approcci di modellazione per la previsione delle sorgenti di rumore aeroacustico, tra cui metodi allo stato stazionario, metodo Lattice Boltzmann transitorio (LBM), simulazioni dirette ad alta fedeltà basate su DES e LES, modelli di propagazione del suono e risolutori avanzati di equazioni di perturbazione acustica (APE).

Simcenter supporta flussi di lavoro aeroacustici ibridi in cui le simulazioni CFD catturano innanzitutto strutture di flusso turbolento che fungono da sorgenti di rumore. Queste sorgenti possono quindi essere trasferite a simulazioni acustiche dedicate, compresi approcci basati sugli elementi finiti, per prevedere la propagazione del suono tenendo conto delle riflessioni, dell'assorbimento e degli effetti ambientali. Le applicazioni tipiche includono il rumore HVAC, il rumore degli specchietti laterali e altri fenomeni sonori indotti dal flusso.

Inoltre, Simcenter estende le sue capacità aeroacustiche con approcci di simulazione rapidi basati sull'accelerazione LBM e GPU. Questo metodo è un'alternativa interessante per previsioni accurate del rumore aeroacustico esterno catturando direttamente il comportamento instabile del flusso ad alta risoluzione temporale.

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Quasi tutti i problemi ingegneristici del mondo reale dipendono in ultima analisi dall'interazione tra fluidi e strutture solide. La simulazione CFD Simcenter offre sia la fluidodinamica computazionale basata sui volumi finiti (FV) che la meccanica computazionale dei solidi (CSM) basata sugli elementi finiti (FE). Ciò consente agli ingegneri di simulare l'interazione fluido-struttura FSI in un'unica interfaccia utente integrata facile da usare. Utilizzando questo approccio, può risolvere problemi statici, quasi statici e dinamici, compresi quelli con geometria non lineare e parti multiple utilizzando contatti incollati e di piccole dimensioni scorrevoli.

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Estendendo l'interazione meccanica fluido-struttura, la simulazione CFD di Simcenter offre flussi di lavoro efficienti per le analisi delle sollecitazioni termiche. Gli ingegneri termici possono risolvere i problemi di trasferimento del calore tra un fluido e una struttura e in base a ciò valutare le sollecitazioni termiche nelle regioni solide.

Con la reologia computazionale nell'analisi CFD di Simcenter, gli ingegneri possono simulare fluidi dominati dalla diffusione e dal comportamento viscoso o viscoelastico. La fluidodinamica computazionale dei fluidi non newtoniani è utile agli ingegneri dell'industria dei prodotti di consumo, del trattamento dei rifiuti e degli alimenti e delle bevande che lavorano con miscelatori, contenitori a flusso, fanghi, estrusioni e lavorazione dei materiali. La simulazione accurata della reologia è la chiave per ridurre il consumo energetico, le emissioni e l'uso di materie prime migliorando al contempo l'affidabilità del prodotto, l'esperienza utente e i costi di responsabilità.

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La suite Simcenter CFD include un'ampia gamma di modelli elettromagnetici per affrontare una serie di simulazioni elettromagnetiche da valvole magnetiche, solenoidi, attuatori e trasformatori a macchine elettriche. Essendo una suite CFD multifisica, offre funzionalità elettromagnetiche integrate che Le consentono di accoppiarsi strettamente al flusso di refrigerante, al trasferimento di calore e all'elettromagnetismo in un'unica simulazione. Consente inoltre agli ingegneri di simulare applicazioni magnetoidrodinamiche (MHD), tra cui simulazione di arco al plasma, interruttori automatici a getto di gas e saldatura.

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Per la realizzazione di un gemello digitale olistico, la simulazione CFD di Simcenter è integrata nel più ampio portafoglio Simcenter. Ciò consente agli ingegneri di rimanere integrati durante l'esecuzione di progetti multidisciplinari estesi quando l'analisi deve andare oltre la CFD multifisica. Simcenter Le consente di abbinarsi ad altri strumenti di simulazione tramite interfacce dedicate e formati di dati comuni. Ciò consente agli ingegneri di creare simulazioni multidisciplinari olistiche utilizzando scale temporali che vanno da microsecondi a migliaia di secondi e fisica che vanno dalla sofisticata meccanica dei solidi alle simulazioni rapide di sistema, sfruttando la tecnologia di simulazione più adatta per ogni disciplina.

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Man mano che i sistemi di ingegneria diventano più complessi e i cicli di progettazione si accorciano, gli ingegneri hanno bisogno di modi più rapidi per esplorare ampi spazi di progettazione mantenendo al contempo la fiducia nelle previsioni delle prestazioni. Il Geometric Deep Learning (GDL) basato sull'intelligenza artificiale consente previsioni rapide direttamente dai dati di geometria e simulazione, accelerando il processo decisionale iniziale e sbloccando una più ampia esplorazione della progettazione.

Simcenter integra Geometric Deep Learning nel suo flusso di lavoro CFD per creare modelli surrogati ad alta fedeltà che completano la simulazione tradizionale. Imparando direttamente dai risultati della simulazione, siano essi appena generati o riutilizzati da set di dati esistenti, i modelli GDL forniscono previsioni rapide delle prestazioni in pochi minuti anziché in ore. Questo approccio consente agli ingegneri di concentrare le simulazioni ad alta intensità di calcolo sui concetti più promettenti utilizzando l'intelligenza artificiale per vagliare, confrontare e perfezionare in modo efficiente le alternative di progettazione. Il risultato è un'iterazione più rapida, un migliore utilizzo degli investimenti di simulazione storica e informazioni scalabili e basate sull'intelligenza artificiale perfettamente collegate ai flussi di lavoro di simulazione basati sulla fisica.

Per saperne di più su Simcenter PhysicsAI