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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 de fluidos computacional?

Una simulación computacional de dinámica de fluidos implica el uso de las leyes fundamentales de la mecánica, las ecuaciones que gobiernan la dinámica de fluidos y el modelado para formular un problema físico matemáticamente. Una vez formulados, los recursos informáticos utilizan métodos numéricos para resolver las ecuaciones utilizando software CFD para obtener soluciones aproximadas de las propiedades físicas involucradas.

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

Existen tres métodos principales para predecir el comportamiento de los fluidos y su interacción con el entorno circundante: experimental, analítico y numérico. La dinámica de fluidos computacional es el método numérico para simular el movimiento de fluidos estacionarios e inestables utilizando métodos computacionales y hardware.

La dinámica de fluidos computacional es una metodología bien establecida que se utiliza a menudo para reemplazar o complementar los métodos experimentales y analíticos para ayudar al diseño y análisis de ingeniería de productos cotidianos.

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Captura de pantalla del software de simulación de dinámica computacional de fluidos multifísica.

Descubra los beneficios

La dinámica de fluidos computacional es una metodología bien establecida que se utiliza a menudo para reemplazar o complementar los métodos experimentales y analíticos para ayudar al diseño y análisis de ingeniería de productos cotidianos. En comparación con la creación de prototipos y los experimentos, las simulaciones CFD ofrecen las siguientes ventajas.

Aumentar el rendimiento

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

Reduce el tiempo

La simulación CFD le ayuda a comercializar diseños de productos optimizados más rápido que un método de construcción y prueba.

Reducción de costes

Al aprovechar la dinámica de fluidos computacional, puede reducir significativamente el costo de desarrollo de su producto en comparación con los procesos tradicionales de diseño basados en prototipos.

Pasos en el proceso de simulación CFD

Independientemente del software, todas las simulaciones de dinámica de fluidos computacional siguen estos pasos generalizados.

Gráficos de mallado del software Simcenter STAR-CCM+.

Preprocessing

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

El software de simulación CFD comienza a resolver iterativamente las ecuaciones discretizadas utilizando el solucionador CFD.

Solving

El software de simulación CFD comienza a resolver iterativamente las ecuaciones discretizadas utilizando el solucionador CFD. Este paso puede requerir mucho tiempo o recursos informáticos. Para simulaciones complejas, cada vez más empresas están recurriendo a la computación en la nube como una solución rentable a este problema.

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

Postprocessing

Una vez completada la resolución, el siguiente paso es analizar y visualizar los resultados de la simulación de forma cualitativa y cuantitativa mediante informes, monitores, gráficos, imágenes 2D/3D y animaciones. En esta etapa también se incluye la verificación y validación de los resultados.

Dinámica de fluidos computacional multifísica

La dinámica de fluidos computacional moderna es algo más que la capacidad de simular y predecir el flujo de fluidos y el comportamiento de la transferencia de calor. Hoy en día, la CFD está integrada en un entorno multidisciplinario 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 de reacción hasta la aeroacústica, desde los flujos multifásicos hasta la dinámica de partículas, desde la refrigeración electrónica hasta la aerodinámica y acoplarlos estrechamente a la dinámica de fluidos relacionada. Esto es de fundamental importancia en un mundo de productos cada vez más complejos que requieren una ingeniería holística entre dominios para lograr el máximo rendimiento.

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Preguntas más frecuentes

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Podcast | El pasado, presente y futuro de la dinámica de fluidos computacional con el Dr. Simon Fischer.

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