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Simulación de dinámica computacional de fluidos

Las simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) se basan en la ecuación de Navier-Stokes, utilizada para describir el movimiento de los fluidos.

¿Qué es la dinámica computacional de fluidos?

Una simulación de dinámica computacional de fluidos implica utilizar las leyes fundamentales de la mecánica, las ecuaciones de gobierno de la dinámica de fluidos y el modelado para formular matemáticamente un problema físico. Una vez que se formulan, los recursos informáticos utilizan métodos numéricos para resolver las ecuaciones mediante software de CFD con el fin de obtener soluciones aproximadas para las propiedades físicas implicadas.

Las simulaciones de dinámica computacional de fluidos se basan en la ecuación Navier-Stokes, utilizada para describir el movimiento de los fluidos. La precisión de las simulaciones de CFD depende de la fidelidad del modelo, las aproximaciones y las suposiciones utilizadas, la validación experimental y los recursos informáticos disponibles. Es esencial caracterizar las incertidumbres y los errores de la simulación de dinámica computacional de fluidos para utilizarla como herramienta eficaz en el diseño y el análisis.

Existen tres métodos básicos para predecir el comportamiento de los fluidos y su interacción con el entorno: experimental, analítico y numérico. La dinámica computacional de fluidos es el método numérico de simulación del movimiento estacionario e inestable de los fluidos mediante métodos computacionales y hardware.

La dinámica computacional de fluidos es una metodología bien establecida. Suele utilizarse para sustituir o complementar los métodos experimentales y analíticos como ayuda al diseño y análisis de ingeniería de los productos cotidianos.

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Captura de pantalla del software de simulación de dinámica computacional de fluidos multifísica.
Imagen de simulación de dinámica computacional de fluidos del software Simcenter STAR-CCM+.

Aprovecha la simulación de CFD en diferentes disciplinas

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Descubre las ventajas

La dinámica computacional de fluidos es una metodología bien establecida. Suele utilizarse para sustituir o complementar los métodos experimentales y analíticos como ayuda al diseño y análisis de ingeniería de los productos cotidianos. En comparación con la creación de prototipos y los experimentos, las simulaciones de CFD ofrecen las siguientes ventajas:

Aumenta el rendimiento

La simulación de dinámica computacional de fluidos te permite analizar y explorar con rapidez las posibilidades de ingeniería para aumentar el rendimiento del producto.

Reducción de tiempo

La simulación de CFD te ayuda a comercializar diseños de productos optimizados más deprisa que un método de creación y prueba.

Reducción de costes

Al aprovechar la dinámica computacional de fluidos, puedes reducir de forma considerable el coste del desarrollo de productos comparado con los tradicionales procesos de diseño basados en prototipos.

Pasos del proceso de simulación de CFD

Sea cual sea el software, todas las simulaciones de dinámica computacional de fluidos siguen estos pasos básicos.

Gráficos de mallado del software Simcenter STAR-CCM+.

Preprocesamiento

La etapa de preprocesamiento consiste en crear la geometría y prepararla para la simulación de CFD. En un proceso que se denomina mallado o generación de mallas, la herramienta de CFD divide el dominio en pequeños volúmenes o celdas. El usuario aplica las condiciones de flujo, las propiedades del fluido y las condiciones iniciales de contorno.

El software de simulación de CFD comienza a resolver iterativamente las ecuaciones discretizadas mediante el solver CFD.

Resolución

El software de simulación de CFD comienza a resolver iterativamente las ecuaciones discretizadas mediante el solver CFD. Este paso puede requerir mucho tiempo o numerosos recursos informáticos. En simulaciones complejas, cada vez son más las empresas que recurren a la informática en la nube como solución rentable a este problema.

La representación de las ventajas de ejecutar Simcenter STAR-CCM+ en GPU proporciona funcionalidades de dinámica computacional de fluidos (CFD) para ir más deprisa mientras se modela la complejidad.

Posprocesamiento

Una vez que finaliza la resolución, hay que analizar y visualizar los resultados de la simulación cualitativa y cuantitativamente mediante informes, monitores, ploteos, imágenes en 2D/3D y animaciones. En esta fase también se incluye la verificación y la validación de los resultados.

Dinámica computacional de fluidos multifísica

La actual dinámica computacional de fluidos es algo más que la capacidad de simular y predecir el comportamiento del flujo de fluidos y la transferencia de calor. Hoy en día, la CFD está integrada en un entorno multidisciplinar de ingeniería asistida por ordenador (CAE), lo que permite a los ingenieros modelar una amplia gama de físicas relacionadas con los fluidos, desde los flujos reactores hasta la aeroacústica, desde los flujos multifase hasta la dinámica de partículas, desde la refrigeración de componentes electrónicos hasta la aerodinámica, y acoplarlos estrechamente a la dinámica de fluidos relacionada. Esto tiene una importancia fundamental en una situación general de productos cada vez más complejos que requieren una ingeniería integral entre dominios para maximizar el rendimiento.

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