Обчислювальне моделювання динаміки рідини

Аналіз скінченних елементів (FEA) успішно використовується для розробки продуктів протягом десятиліть. Поряд з цим постійно розроблялися підходи до моделювання високої точності та більш прагматичні, що дозволяє швидше отримувати досить точні результати.

Сьогодні інженери можуть і повинні вибрати рівень точності, який найкраще відповідає їхнім потребам, щоб відповісти на інженерні запитання з мінімальними обчислювальними зусиллями. Рівень точності коливається від високоточних методів моделювання, які дозволяють передбачити реальну поведінку в межах декількох відсотків або навіть менше, до швидких методів, які дозволяють швидко прогнозувати тенденції.

Сьогодні процеси сертифікації та перевірки інструментів моделювання FEA добре налагоджені. Вони залишаться критичним інгредієнтом прогресу FEA, її надійності та довіри до цифрових близнюків та її створення в нових сферах. Хоча прогностичне моделювання постійно зменшуватиме потребу в дорогих вимірюваннях та прототипуванні, воно і надалі вимагатиме суворих методів FE та перевірки найкращих практик за допомогою експериментів.

Методології CFD Meshfree пропонують привабливий альтернативний підхід до методів на основі сітки для вибраних застосувань. Коли швидке отримання результатів є пріоритетом над найвищою точністю, гідродинаміка згладжених частинок (SPH) є ефективним інструментом. Однак обидва методи мають своє місце, і залежно від вимог до часу до вирішення та необхідної точності, може бути корисним вибрати підхід на основі сітки або без сітки.

Більшість потоків навколо нас і актуальних для розробки продуктів мають бурхливий характер. Протягом десятиліть наука та промисловість встановили тісні зв'язки, щоб включити описи турбулентності в рівняння Навієра-Стокса. Наприклад, зчеплення найбільш підходящої моделі турбулентності для певної програми та проекту CFD значною мірою залежить від вимог до точності та швидкості моделювання.

Як правило, моделювання турбулентності можна класифікувати на три основні категорії: статистичне моделювання, також відоме як Рейнольдс Average Navier-Stokes (RANS), моделювання масштабної роздільної здатності (SRS), як-от моделювання великих вихрових (LES) або моделювання відокремлених вихрових (DES) і, зрештою, пряме числове моделювання (DNS), яке не робить жодних припущень моделювання щодо турбулентності.

Вивчення CFD вимагає часу, відданості, ретельного вивчення та практики. Важливо зрозуміти основну фундаментальну фізику динаміки рідини та рівняння Навієра-Стокса, зрозуміти числові методи та їх обмеження та практикувати практичне використання фактичного програмного інструменту обчислювальної динаміки рідини. Завдяки автоматизації та постійному вдосконаленню користувальницьких інтерфейсів у сучасному програмному забезпеченні для обчислювальної динаміки рідин, бар'єри для високоточних CFD ще більше зменшаться на всіх рівнях, зміщуючи простір для вивчення результатів та прийняття рішень на основі моделювання. Також важливо розуміти фундаментальну динаміку рідини, щоб судити про результати та приймати значущі інженерні рішення на основі результатів CFD.

Вибір обладнання для проекту CFD дійсно залежить від вашого проекту, бюджету та поточних пріоритетів. Деякі рекомендації: процесори x86 вже давно запускали моделювання. Кожен вирішувач спочатку був розроблений і перевірений для цієї платформи. Шукайте обладнання CFD з максимальним кешем - сервери, робочі станції та ноутбуки. Графічні процесорні блоки (GPU) сьогодні підтримують багато вирішувачів, і програмне забезпечення адаптується до цього ще далі. Це рішення є дуже енергоефективним. Зверніть увагу на те, що ваші необхідні вирішувачі підтримуються та відповідають вимогам пам'яті вашого випадку використання. Це дозволяє отримати максимальну користь від робочих станцій з кількома графічними процесорами та кластерів графічних процесорів. Процесори ARM підтримують все, крім графічного інтерфейсу користувача. Це підхід для економічно ефективних обчислень, особливо на хмарних сервісах. За умови, що ваш обчислювальний інструмент моделювання динаміки рідини підтримує технологію ARM. Як правило, хмарне моделювання CFD є простим рішенням. Ніяких інвестицій у дороге комп'ютерне обладнання, відсутність простої витрати та масштабування на вимогу.

Обчислювальне програмне забезпечення для моделювання динаміки рідини використовується в широкому діапазоні інженерних застосувань, коли є необхідність зрозуміти або передбачити потік рідини та тепловіддачу та результуючий вплив на конструкцію продукту чи системи. У проектуванні промислових продуктів обчислювальне моделювання динаміки рідини перейшло до імітації мультифізичної поведінки у складних геометріях, що дозволяє компаніям повністю зрозуміти та оптимізувати дизайн свого продукту практично перед створенням прототипу.

Галузі, де широко використовується обчислювальне моделювання динаміки рідини, включають:

• Аерокосмічна
• Автомобільні
• Хімічний
• Споживча продукція
• Морський транспорт (конструкція кораблів, рухові системи та конструкція двигунів)
• Електроніка
• Енергетика (ядерна, нафтогазова та енергетична генерація)
• Будівельні послуги
• Науки про життя
• Турбомашини
• Спорт
• Інші загальні застосування, що включають потік рідини та тепловіддачу