Simulação de CFD

Sejam gases ou líquidos, o Simcenter oferece um conjunto abrangente de modelos computacionais de dinâmica de fluidos para fluxos monofásicos. De regimes compressíveis a incompressíveis e de regimes laminares a turbulentos, o Simcenter oferece suporte à análise de CFD em uma ampla variedade de condições e aplicações de fluxo. Para fluxos turbulentos, os engenheiros podem escolher entre um portfólio de modelos de turbulência de última geração, incluindo Reynolds‑Averaged Navier—Stokes (RANS), Detached Eddy Simulation (DES) e Large Eddy Simulation (LES), permitindo o equilíbrio certo entre precisão e custo computacional.

Além das abordagens de CFD de volume finito, o Simcenter também inclui recursos de método de painel para oferecer suporte a análises aerodinâmicas e hidrodinâmicas rápidas. Os métodos de painel usam formulações baseadas em superfície e acionadas por vorticidade para capturar com eficiência os principais recursos de fluxo em geometrias complexas sem a necessidade de malha volumétrica. Essa abordagem é especialmente adequada para avaliação inicial de projeto e conceito, permitindo uma previsão rápida de cargas, forças e características de desempenho e complementando o CFD de alta fidelidade para validação em estágios posteriores.

Os fluxos hipersônicos e supersônicos estão na vanguarda da pesquisa e das aplicações aeroespaciais de próxima geração. Nesses regimes de alta velocidade, fortes ondas de choque, altas temperaturas e gradientes de pressão extremos dominam o comportamento do fluxo. À medida que os efeitos de dissociação e ionização de gases se tornam significativos, as suposições de gás ideal podem não ser mais válidas, exigindo abordagens de modelagem termoquímica e de gás real para capturar com precisão a física e o desempenho do fluxo.

A simulação CFD do Simcenter fornece recursos avançados para modelar fluxos compressíveis, supersônicos e hipersônicos, apoiando a análise de interações de choque, aquecimento aerodinâmico e fenômenos de fluxo com alto número de Mach com modelos físicos e métodos numéricos apropriados. Para uma avaliação rápida da aerodinâmica externa supersônica e hipersônica nos estágios iniciais de desenvolvimento, o Simcenter também inclui um método de painel. Esse método baseado em superfície captura com eficiência as principais características aerodinâmicas, como distribuição de pressão, forças e momentos em configurações complexas sem malha volumétrica, complementando simulações CFD de alta fidelidade usadas posteriormente para validação e física de fluxo detalhadas.

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Problemas de engenharia do mundo real abrangem vários regimes de fluxo em filmes estratificados, dispersos, discretos, etc. Até o momento, não há um único modelo multifásico que possa abranger todos os regimes; no entanto, o Simcenter CFD fornece uma ampla variedade de modelos para simulações de CFD multifásicas que podem ser usados juntos para cobrir vários regimes de fluxo, incluindo as transições entre eles. Preveja e compreenda o comportamento real de seus produtos simulando fluxos multifásicos de vários regimes e escalas.

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A dinâmica de partículas desempenha um papel fundamental em muitas aplicações de engenharia, incluindo leitos fluidizados, separadores de ciclones, processos de revestimento, transportadores, torrefadores e sistemas de manuseio de materiais a granel. Seja lidando com fluxos de partículas diluídas ou densas, a simulação CFD do Simcenter ajuda a otimizar a distribuição de partículas, reduzir o consumo de energia, minimizar o desgaste e a abrasão e maximizar o desempenho geral do sistema. Para aplicações em que as interações partícula-partícula e a mecânica de contato dominam a física, o Simcenter fornece recursos avançados do Método de Elementos Discretos (DEM). Essas abordagens resolvidas por partículas permitem a modelagem realista da forma, distribuição de tamanho, comportamento de contato e propriedades do material, apoiando a previsão precisa do fluxo, segregação, quebra, aglomeração e desgaste do material a granel. Isso é particularmente importante para sistemas granulares densos em que os modelos convencionais de partículas baseados em CFD não são suficientes.

Ao combinar DEM e CFD em uma estrutura de simulação unificada, o Simcenter permite a simulação detalhada de sistemas complexos de partículas e fluidos. Os engenheiros podem escolher com flexibilidade a abordagem de modelagem mais apropriada, desde métodos de partículas baseados em CFD para fluxos diluídos até DEM completo para sistemas de partículas densas, garantindo precisão e eficiência em uma ampla variedade de aplicações industriais.

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O Simcenter oferece um conjunto abrangente de modelos de fluxo reagente e emissão, abrangendo uma ampla variedade de aplicações. Ele permite um forte acoplamento entre modelos de fluxo reagente e transferência de calor, radiação, reações multifásicas e química de superfície. Nossos modelos de fluxo reativo ajudam a entender e otimizar a forma e a localização da chama, minimizar as temperaturas dos componentes sólidos, reduzir as emissões e maximizar a eficiência do desempenho. Você pode prever e entender a dinâmica da chama, a transferência de calor, o desgaste térmico, as emissões, o rendimento, a conversão, a seletividade e as condições indesejáveis para capturar com precisão a física real de seus projetos.

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A hidrodinâmica de partículas suavizadas (SPH) é um método rápido de dinâmica de fluidos computacional sem malha. Como nenhuma malha é necessária, ela permite que os engenheiros lidem facilmente com geometrias e movimentos complexos com um método rápido e robusto. Usando o SPH, é possível resolver uma interface fluido/fluido complexa e altamente dinâmica sem nenhum esforço extra. Como tal, o método SPH faz parte de uma nova geração de métodos numéricos, desenvolvidos para superar as restrições relacionadas à malha com abordagens tradicionais, ao mesmo tempo em que se baseia nas equações de Navier-Stokes.

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Os produtos inovadores de hoje, de dispositivos eletrônicos a soluções de mobilidade, precisam de soluções inovadoras de resfriamento e gerenciamento térmico. O pacote Simcenter CFD permite que os engenheiros simulem a transferência de calor em um meio ou entre mídias com precisão e eficiência. Com condução, convecção, radiação, transferência de calor conjugada e ebulição, a simulação CFD do Simcenter oferece um conjunto completo de física de transferência de calor para prever com precisão as distribuições de temperatura em fluidos e sólidos. O portfólio do Simcenter inclui as principais análises de CFD com recursos específicos de simulação de resfriamento eletrônico para nível de pacote de chips, placa de circuito impresso (PCB), rack e gabinetes para grandes data centers.

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O ruído induzido pelo fluxo é um componente significativo da assinatura acústica de veículos, edifícios, ventiladores e equipamentos industriais. O Simcenter oferece um conjunto abrangente de abordagens de modelagem para prever fontes de ruído aeroacústico, abrangendo métodos de estado estacionário, método Lattice Boltzmann transiente (LBM), simulações diretas de alta fidelidade baseadas em DES e LES, modelos de propagação de som e solucionadores avançados de equações de perturbação acústica (APE).

O Simcenter suporta fluxos de trabalho aeroacústicos híbridos nos quais as simulações de CFD capturam primeiro estruturas de fluxo turbulento que atuam como fontes de ruído. Essas fontes podem então ser transferidas para simulações acústicas dedicadas, incluindo abordagens baseadas em elementos finitos, para prever a propagação do som e, ao mesmo tempo, considerar reflexões, absorção e efeitos ambientais. As aplicações típicas incluem ruído de HVAC, ruído de espelho lateral e outros fenômenos sonoros induzidos por fluxo.

Além disso, o Simcenter amplia seus recursos aeroacústicos com abordagens de simulação rápidas baseadas na aceleração de LBM e GPU. Esse método é uma alternativa atraente para previsões precisas de ruído aeroacústico externo, capturando diretamente o comportamento instável do fluxo em alta resolução temporal.

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Quase todos os problemas de engenharia do mundo real dependem, em última análise, da interação entre fluidos e estruturas sólidas. A simulação CFD do Simcenter oferece dinâmica de fluidos computacional baseada em volume finito (FV) e mecânica de sólidos computacional (CSM) baseada em elementos finitos (FE). Isso permite que os engenheiros simulem a interação fluido-estrutura FSI em uma única interface de usuário integrada e fácil de usar. Usando essa abordagem, você pode resolver problemas estáticos, quase estáticos e dinâmicos, incluindo aqueles com geometria não linear e várias peças usando contatos deslizantes pequenos e colados.

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Estendendo a interação mecânica entre fluidos e estruturas, a simulação CFD do Simcenter oferece fluxos de trabalho eficientes para análises de estresse térmico. Os engenheiros térmicos podem resolver problemas de transferência de calor entre um fluido e uma estrutura e, com base nisso, avaliar as tensões térmicas nas regiões sólidas.

Com a reologia computacional na análise CFD do Simcenter, os engenheiros podem simular fluidos dominados pela difusão e pelo comportamento viscoso ou viscoelástico. A dinâmica computacional de fluidos não newtonianos é útil para engenheiros em produtos de consumo, processamento de resíduos e indústrias de alimentos e bebidas que trabalham com misturadores, recipientes de fluxo, pastas, extrusões e processamento de materiais. Simular a reologia com precisão é a chave para reduzir o consumo de energia, as emissões e o uso de matéria-prima, ao mesmo tempo em que melhora a confiabilidade do produto, a experiência do usuário e os custos de responsabilidade.

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O pacote Simcenter CFD vem com uma ampla variedade de modelos eletromagnéticos para abordar uma variedade de simulações eletromagnéticas, desde válvulas magnéticas, solenóides, atuadores e transformadores até máquinas elétricas. Como uma suíte de CFD multifísica, ela oferece recursos eletromagnéticos integrados que permitem acoplar firmemente o fluxo de refrigerante, a transferência de calor e o eletromagnetismo em uma única simulação. Ele também permite que os engenheiros simulem aplicações de magnetohidrodinâmica (MHD), incluindo simulação de arco de plasma, disjuntores de jateamento a gás e soldagem.

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Para a realização de um gêmeo digital holístico, a simulação CFD do Simcenter está incorporada ao portfólio mais amplo do Simcenter. Isso permite que os engenheiros permaneçam integrados enquanto executam projetos multidisciplinares estendidos quando a análise precisa ir além do CFD multifísico. O Simcenter permite que você se conecte a outras ferramentas de simulação por meio de interfaces dedicadas e formatos de dados comuns. Isso permite que os engenheiros criem simulações multidisciplinares holísticas usando escalas de tempo que variam de microssegundos a milhares de segundos e físicas que variam de sofisticada mecânica de sólidos a simulações rápidas de sistemas, aproveitando a tecnologia de simulação mais adequada para cada disciplina.

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À medida que os sistemas de engenharia se tornam mais complexos e os ciclos de projeto diminuem, os engenheiros precisam de maneiras mais rápidas de explorar grandes espaços de projeto e, ao mesmo tempo, manter a confiança nas previsões de desempenho. O Geometric Deep Learning (GDL) baseado em IA permite previsões rápidas diretamente de dados de geometria e simulação, acelerando a tomada de decisões antecipada e possibilitando uma exploração mais ampla do projeto.

O Simcenter integra o Geometric Deep Learning em seu fluxo de trabalho de CFD para criar modelos substitutos de alta fidelidade que complementam a simulação tradicional. Ao aprender diretamente com os resultados da simulação, sejam eles recém-gerados ou reutilizados a partir de conjuntos de dados existentes, os modelos GDL oferecem previsões rápidas de desempenho em minutos, em vez de horas. Essa abordagem permite que os engenheiros concentrem simulações computacionalmente intensivas nos conceitos mais promissores enquanto usam a IA para selecionar, comparar e refinar alternativas de projeto com eficiência. O resultado é uma iteração mais rápida, melhor uso dos investimentos históricos em simulação e uma visão escalável e orientada por IA, perfeitamente conectada a fluxos de trabalho de simulação baseados em física.

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