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Simulazione fluidodinamica computazionale

Le simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) si basano sull'equazione di Navier-Stokes, utilizzata per descrivere il moto dei fluidi.

Che cos'è la fluidodinamica computazionale?

Una simulazione di fluidodinamica computazionale prevede l'utilizzo delle leggi fondamentali della meccanica, le equazioni che governano la fluidodinamica e la modellazione per formulare matematicamente un problema fisico. Una volta formulate, le risorse di calcolo utilizzano metodi numerici per risolvere le equazioni utilizzando il software CFD per ottenere soluzioni approssimate per le proprietà fisiche coinvolte.

Le simulazioni di fluidodinamica computazionale si basano sull'equazione di Navier-Stokes, utilizzata per descrivere il moto dei fluidi. L'accuratezza delle simulazioni CFD dipende dalla fedeltà del modello, dalle approssimazioni e dalle ipotesi utilizzate, dalla validazione sperimentale e dalle risorse di calcolo disponibili. È essenziale caratterizzare le incertezze e gli errori nella simulazione fluidodinamica computazionale per utilizzarla come strumento efficace nella progettazione e nell'analisi.

Esistono tre metodi principali per prevedere il comportamento dei fluidi e la loro interazione con l'ambiente circostante: sperimentale, analitico e numerico. La fluidodinamica computazionale è il metodo numerico per simulare il moto dei fluidi stazionari e instazionari utilizzando metodi computazionali e hardware.

La fluidodinamica computazionale è una metodologia consolidata spesso utilizzata per sostituire o integrare metodi sperimentali e analitici per aiutare la progettazione ingegneristica e l'analisi di prodotti di uso quotidiano.

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Screenshot del software di simulazione fluidodinamica computazionale multifisica.
Simulazione fluidodinamica computazionale (CFD) dal software Simcenter STAR-CCM+.

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Scopri i vantaggi

La fluidodinamica computazionale è una metodologia consolidata spesso utilizzata per sostituire o integrare metodi sperimentali e analitici per aiutare la progettazione ingegneristica e l'analisi di prodotti di uso quotidiano. Rispetto alla prototipazione e agli esperimenti, le simulazioni CFD offrono i seguenti vantaggi.

Aumenta le prestazioni

La simulazione fluidodinamica computazionale consente di analizzare ed esplorare rapidamente le possibilità ingegneristiche per migliorare le prestazioni del prodotto.

Riduzione dei tempi

La simulazione CFD ti aiuta a portare sul mercato progetti di prodotti ottimizzati più velocemente rispetto a un metodo di costruzione e test.

Riduzione dei costi

Sfruttando la fluidodinamica computazionale, è possibile ridurre significativamente i costi di sviluppo del prodotto rispetto ai tradizionali processi di progettazione basati su prototipi.

Fasi del processo di simulazione CFD

Indipendentemente dal software, tutte le simulazioni di fluidodinamica computazionale seguono questi passaggi generalizzati.

Grafica del meshing dal software Simcenter STAR-CCM+.

Preprocessing

La fase di pre-elaborazione prevede la creazione della geometria e la sua preparazione per la simulazione CFD. In un processo chiamato meshing o generazione di griglia, lo strumento CFD suddivide il dominio in piccoli volumi/celle. L'utente applica le condizioni di flusso, le proprietà del fluido e le condizioni al contorno iniziali.

Il software di simulazione CFD inizia a risolvere in modo iterativo le equazioni discretizzate utilizzando il solutore CFD.

Solving

Il software di simulazione CFD inizia a risolvere in modo iterativo le equazioni discretizzate utilizzando il solutore CFD. Questo passaggio può richiedere molto tempo o risorse di calcolo. Per le simulazioni complesse, sempre più aziende si rivolgono al cloud computing come soluzione economica a questo problema.

La rappresentazione dei vantaggi dell'esecuzione di Simcenter STAR-CCM+ su GPU fornisce funzionalità di fluidodinamica computazionale (CFD) per velocizzare la modellazione della complessità.

Postprocessing

Una volta completata la risoluzione, il passo successivo è quello di analizzare e visualizzare i risultati della simulazione qualitativamente e quantitativamente utilizzando report, monitor, grafici, immagini 2D/3D e animazioni. In questa fase sono incluse anche la verifica e la convalida dei risultati.

Fluidodinamica computazionale multifisica

La moderna fluidodinamica computazionale è molto più della semplice capacità di simulare e prevedere il flusso dei fluidi e il comportamento del trasferimento di calore. Oggi, la CFD è integrata in un ambiente multidisciplinare di ingegneria assistita da computer (CAE), che consente agli ingegneri di modellare un'ampia gamma di fisica relativa ai fluidi, dai flussi reagenti all'aeroacustica, dai flussi multifase alla dinamica delle particelle, dal raffreddamento dell'elettronica all'aerodinamica e di accoppiarli strettamente alla fluidodinamica correlata. Questo è di fondamentale importanza in un mondo di prodotti sempre più complessi che richiedono un'ingegneria olistica cross-domain per ottenere le massime prestazioni.

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Domande frequenti

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