Výpočtová simulácia dynamiky tekutín

Analýza konečných prvkov (FEA) sa úspešne používa v produktovom inžinierstve už desaťročia. Spolu s tým sa neustále vyvíjali prístupy k modelovaniu s vysokou vernosťou a pragmatickejšie prístupy, ktoré vám umožňujú rýchlejšie dosiahnuť dostatočne presné výsledky.

Dnes si inžinieri môžu a musia zvoliť úroveň presnosti, ktorá najlepšie vyhovuje ich potrebám, aby odpovedali na inžinierske otázky s minimálnym výpočtovým úsilím. Úroveň presnosti sa pohybuje od techník modelovania s vysokou vernosťou, ktoré umožňujú predpovedať skutočné správanie v rámci niekoľkých percent alebo dokonca menej, až po rýchle metódy, ktoré umožňujú rýchle predpovede trendov.

V súčasnosti sú certifikačné a overovacie procesy pre simulačné nástroje FEA dobre zavedené. Zostanú kľúčovou zložkou pokroku FEA, jej spoľahlivosti a dôvery v digitálne dvojčatá a jej zakladania v nových oblastiach. Aj keď prediktívna simulácia bude neustále znižovať potrebu nákladných meraní a prototypovania, bude naďalej vyžadovať prísne metódy FE a validáciu osvedčených postupov prostredníctvom experimentov.

Metodiky CFD Meshfree ponúkajú atraktívny alternatívny prístup k metódam založeným na sieťach pre vybrané aplikácie. Keď je rýchle dosahovanie výsledkov prioritou pred najvyššou presnosťou, hydrodynamika vyhladených častíc (SPH) je efektívnym nástrojom. Obe metódy však majú svoje miesto a v závislosti od požiadaviek na čas na riešenie oproti požadovanej presnosti môže byť prospešné zvoliť prístup založený na sieťke alebo bez siete.

Väčšina tokov okolo nás a relevantných pre vývoj produktov má turbulentnú povahu. V priebehu desaťročí veda a priemysel nadviazali úzke vzťahy, aby začlenili popisy turbulencií do Navier-Stokesovej rovnice. Napríklad sieťovanie najvhodnejšieho modelu turbulencie pre danú aplikáciu a CFD projekt vo veľkej miere závisí od požiadaviek na presnosť oproti rýchlosti simulácie.

Všeobecne možno modelovanie turbulencie rozdeliť do troch hlavných kategórií: štatistické modelovanie, známe tiež ako Reynolds Average Navier-Stokes (RANS), simulácia rozlíšenia mierky (SRS), ako simulácia veľkých vírov (LES) alebo simulácie oddelených vírov (DES) a nakoniec priama numerická simulácia (DNS), ktorá nerobí žiadne predpoklady modelovania turbulencie.

Učenie sa CFD vyžaduje čas, odhodlanie, dôkladné štúdium a prax. Je dôležité porozumieť základnej základnej fyzike dynamiky tekutín a Navier-Stokesovej rovnice, pochopiť numerické metódy a ich obmedzenia a precvičiť si praktické využitie skutočného softvérového nástroja na výpočtovú dynamiku tekutín. Vďaka automatizácii a neustálemu zlepšovaniu používateľských rozhraní v modernom softvéri pre výpočtovú dynamiku tekutín sa prekážky pre vysoko verné CFD ďalej znižujú na posúvaní všetkých úrovní, čo znamená priestor na skúmanie výsledkov a prijímanie rozhodnutí založených na simulácii. Je tiež dôležité pochopiť základnú dynamiku tekutín na posúdenie výsledkov a prijímanie zmysluplných inžinierskych rozhodnutí na základe výsledkov CFD.

Výber hardvéru pre projekt CFD skutočne závisí od vášho projektu, rozpočtu a aktuálnych priorít. Niektoré odporúčania: Procesory x86 spúšťajú simulácie už veky. Každý riešiteľ bol pôvodne vyvinutý a overený pre túto platformu. Vyhľadajte hardvér CFD s maximálnou vyrovnávacou pamäťou — servery, pracovné stanice a notebooky. Grafické spracovateľské jednotky (GPU) dnes podporujú mnoho riešiteľov a softvér sa tomu ešte viac prispôsobí. Toto riešenie je veľmi energeticky účinné. Venujte veľkú pozornosť tomu, aby boli požadované riešitelia podporované a spĺňali požiadavky na pamäť vášho prípadu použitia. To vám umožní vyťažiť maximum z viacerých GPU pracovných staníc a klastrov GPU. Procesory ARM podporujú všetko okrem grafického používateľského rozhrania. Ide o prístup k nákladovo efektívnej výpočtovej technike, najmä v cloudových službách. Za predpokladu, že váš nástroj na simuláciu výpočtovej dynamiky tekutín podporuje technológiu ARM. Vo všeobecnosti je simulácia CFD založená na cloude jednoduchým riešením. Žiadne investície do drahého počítačového hardvéru, žiadne nečinné náklady a škálovateľné na požiadanie.

Softvér na simuláciu výpočtovej dynamiky tekutín sa používa v širokej škále inžinierskych aplikácií vždy, keď je potrebné pochopiť alebo predpovedať prietok tekutiny a prenos tepla a výsledný vplyv na návrh produktu alebo systému. V dizajne priemyselných produktov simulácia výpočtovej dynamiky tekutín pokročila k simulácii multifyzikálneho správania v zložitých geometriách, čo spoločnostiam umožnilo plne pochopiť a optimalizovať svoj dizajn produktu virtuálne pred vytvorením prototypu.

Medzi odvetvia, v ktorých sa široko používa simulácia výpočtovej dynamiky tekutín, patria:

• Letecký priemysel
• Automobilový priemysel
• Chemický
• Spotrebiteľské výrobky
• Námorné (návrh lodí, pohonné systémy a konštrukcia motora)
• Elektronika
• Energetika (jadrová energia, ropa a plyn a výroba energie)
• Stavebné služby
• Životné vedy
• Turbomáreň
• Šport
• Ostatné všeobecné aplikácie zahŕňajúce prietok kvapaliny a prenos tepla