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Simulação computacional de dinâmica dos fluidos

As simulações computacionais de dinâmica dos fluidos (CFD) baseiam-se na equação de Navier-Stokes, usada para descrever o movimento dos fluidos.

O que é a dinâmica dos fluidos computacional?

Uma simulação computacional de dinâmica dos fluidos envolve o uso das leis fundamentais da mecânica, governando as equações da dinâmica dos fluidos e modelagem para formular um problema físico matematicamente. Uma vez formulados, os recursos computacionais utilizam métodos numéricos para resolver as equações usando o software CFD para obter soluções aproximadas para as propriedades físicas envolvidas.

As simulações computacionais de dinâmica dos fluidos baseiam-se na equação de Navier-Stokes, usada para descrever o movimento dos fluidos. A precisão das simulações de CFD depende da fidelidade do modelo, das aproximações e pressupostos utilizados, da validação experimental e dos recursos computacionais disponíveis. É essencial caracterizar as incertezas e erros na simulação computacional de dinâmica dos fluidos para a utilizar como uma ferramenta eficaz no design e análise.

Existem três métodos principais de prever o comportamento dos fluidos e a sua interação com o ambiente circundante — experimental, analítico e numérico. A dinâmica de fluidos computacional é o método numérico de simular movimentos de fluidos constantes e instáveis usando métodos computacionais e hardware.

A dinâmica de fluidos computacional é uma metodologia bem estabelecida frequentemente usada para substituir ou complementar métodos experimentais e analíticos para auxiliar o projeto de engenharia e análise de produtos do dia-a-dia.

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Captura de ecrã do software de simulação de dinâmica de fluidos computacional multifísica.
Visual de simulação de dinâmica de fluidos computacional (CFD) do software Simcenter STAR-CCM+.

Aproveitar a simulação de CFD entre disciplinas

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Descubra os benefícios

A dinâmica de fluidos computacional é uma metodologia bem estabelecida frequentemente usada para substituir ou complementar métodos experimentais e analíticos para auxiliar o projeto de engenharia e análise de produtos do dia-a-dia. Em comparação com a prototipagem e experiências, as simulações CFD oferecem os seguintes benefícios.

Aumentar o desempenho

A simulação computacional de dinâmica de fluidos permite-lhe analisar e explorar rapidamente as possibilidades de engenharia para aumentar o desempenho do produto.

Redução de tempo

A simulação CFD ajuda-o a trazer designs de produtos otimizados para o mercado mais rapidamente do que um método de construção e teste.

Redução de custos

Aproveitando a dinâmica de fluidos computacional, pode reduzir significativamente o custo de desenvolvimento do seu produto em comparação com os processos tradicionais de design baseados em protótipos.

Passos no processo de simulação de CFD

Não importa o software, todas as simulações computacionais de dinâmica de fluidos seguem estes passos generalizados.

Gráficos de malha do software Simcenter STAR-CCM+.

Pré-processamento

A fase de pré-processamento envolve a criação da geometria e a preparação para a simulação de CFD. Num processo chamado meshing ou geração de grelha, a ferramenta CFD quebra o domínio em pequenos volumes/células. O utilizador aplica condições de fluxo, propriedades do fluido e condições de contorno inicial.

O software de simulação CFD começa a resolver iterativamente as equações discretizadas usando o solucionador de CFD.

Resolver

O software de simulação CFD começa a resolver iterativamente as equações discretizadas usando o solucionador de CFD. Esta etapa pode exigir tempo ou recursos de computação significativos. Para simulações complexas, mais empresas estão a recorrer à computação em nuvem como uma solução económica para este problema.

Braço robótico com linhas azuis brilhantes contra um fundo escuro com padrões de placa de circuito

Pós-processamento

Uma vez concluída a resolução, o próximo passo é analisar e visualizar os resultados da simulação qualitativa e quantitativamente usando relatórios, monitores, gráficos, imagens 2D/3D e animações. A verificação e validação dos resultados também estão incluídas nesta fase.

Dinâmica de fluidos computacional multifísica

A dinâmica de fluidos computacional moderna é mais do que apenas a capacidade de simular e prever o fluxo de fluidos e o comportamento de transferência de calor. Hoje, o CFD está incorporado num ambiente multidisciplinar de engenharia assistida por computador (CAE), permitindo aos engenheiros modelar uma vasta gama de física relacionada com fluidos, desde a reação de fluxos à aeroacústica, dos fluxos multifásicos à dinâmica de partículas, do arrefecimento eletrónico à aerodinâmica e acoplá-lo fortemente à dinâmica de fluidos relacionada. Isto é de importância fundamental num mundo de produtos cada vez mais complexos que requerem engenharia holística entre domínios para atingir o máximo desempenho.

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Perguntas frequentes

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