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Simulation de mécanique des fluides numérique

Les simulations numériques de dynamique des fluides (CFD) sont basées sur l’équation de Navier-Stokes, utilisée pour décrire le mouvement des fluides.

Qu’est-ce que la dynamique des fluides numérique ?

Une simulation numérique de la dynamique des fluides implique l’utilisation des lois fondamentales de la mécanique, régissant les équations de la dynamique des fluides et la modélisation pour formuler un problème physique mathématiquement. Une fois formulées, les ressources informatiques utilisent des méthodes numériques pour résoudre les équations à l’aide d’un logiciel CFD afin d’obtenir des solutions approximatives pour les propriétés physiques impliquées.

Les simulations numériques de dynamique des fluides sont basées sur l’équation de Navier-Stokes, utilisée pour décrire le mouvement des fluides. La précision des simulations CFD dépend de la fidélité du modèle, des approximations et des hypothèses utilisées, de la validation expérimentale et des ressources de calcul disponibles. Il est essentiel de caractériser les incertitudes et les erreurs dans la simulation numérique de la dynamique des fluides pour l’utiliser comme un outil efficace dans la conception et l’analyse.

Il existe trois méthodes principales pour prédire le comportement des fluides et leur interaction avec l’environnement environnant : expérimentale, analytique et numérique. La dynamique des fluides numérique est la méthode numérique de simulation du mouvement des fluides stationnaires et instationnaires à l’aide de méthodes et de matériel informatiques.

La dynamique des fluides numérique est une méthodologie bien établie souvent utilisée pour remplacer ou compléter les méthodes expérimentales et analytiques afin d’aider à la conception technique et à l’analyse de produits de tous les jours.

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Capture d'écran du logiciel de simulation de mécanique des fluides numérique multiphysique.
Visuel de simulation numérique de la dynamique des fluides (CFD) à partir du logiciel Simcenter STAR-CCM+.

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Découvrez les avantages

La dynamique des fluides numérique est une méthodologie bien établie souvent utilisée pour remplacer ou compléter les méthodes expérimentales et analytiques afin d’aider à la conception technique et à l’analyse de produits de tous les jours. Par rapport au prototypage et aux expériences, les simulations CFD offrent les avantages suivants.

Augmenter les performances

La simulation numérique de la dynamique des fluides vous permet d’analyser et d’explorer rapidement les possibilités d’ingénierie pour améliorer les performances du produit.

Réduction des délais

La simulation CFD vous aide à mettre sur le marché des conceptions de produits optimisées plus rapidement qu’une méthode de construction et de test.

Réduction des coûts

En tirant parti de la dynamique des fluides numérique, vous pouvez réduire considérablement les coûts de développement de vos produits par rapport aux processus de conception traditionnels basés sur des prototypes.

Étapes du processus de simulation CFD

Quel que soit le logiciel, toutes les simulations numériques de dynamique des fluides suivent ces étapes généralisées.

Graphique d'un maillage du logiciel Simcenter STAR-CCM+.

Preprocessing

L’étape de prétraitement consiste à créer la géométrie et à la préparer pour la simulation CFD. Dans un processus appelé maillage ou génération de grille, l’outil CFD divise le domaine en petits volumes/cellules. L’utilisateur applique les conditions d’écoulement, les propriétés du fluide et les conditions aux limites initiales.

Le logiciel de simulation CFD commence à résoudre de manière itérative les équations discrétisées à l’aide du solveur CFD.

Solving

Le logiciel de simulation CFD commence à résoudre de manière itérative les équations discrétisées à l’aide du solveur CFD. Cette étape peut nécessiter beaucoup de temps ou de ressources informatiques. Pour les simulations complexes, de plus en plus d’entreprises se tournent vers le cloud computing comme solution rentable à ce problème.

La représentation des avantages de l’exécution de Simcenter STAR-CCM+ sur les GPU fournit des capacités de dynamique des fluides numérique (CFD) pour aller plus vite tout en modélisant la complexité.

Postprocessing

Une fois la résolution terminée, l’étape suivante consiste à analyser et à visualiser les résultats de la simulation qualitativement et quantitativement à l’aide de rapports, de moniteurs, de tracés, d’images 2D/3D et d’animations. La vérification et la validation des résultats sont également incluses dans cette étape.

Mécanique des fluides numérique multiphysique

La dynamique des fluides numérique moderne est plus qu’une simple capacité à simuler et à prédire le comportement de l’écoulement des fluides et du transfert de chaleur. Aujourd’hui, la CFD est intégrée dans un environnement multidisciplinaire d’ingénierie assistée par ordinateur (IAO), permettant aux ingénieurs de modéliser un large éventail de la physique des fluides, des écoulements réactifs à l’aéroacoustique, des écoulements multiphasiques à la dynamique des particules, du refroidissement électronique à l’aérodynamique et de les coupler étroitement à la dynamique des fluides associée. Ceci est d’une importance fondamentale dans un monde où les produits sont de plus en plus complexes et qui nécessitent une ingénierie holistique inter-domaines pour atteindre des performances maximales.

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FAQ

Regarder

Webinaire à la demande | Redéfinir l’art du possible dans la simulation numérique de la dynamique des fluides.

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Podcast (en anglais ) | Le passé, le présent et l’avenir de la dynamique des fluides numérique avec le Dr Simon Fischer.

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