Réaliser des études de flux d'air extérieur sur la Tour Eiffel en toute simplicité grâce à SOLIDWORKS Flow Simulation

Alors que le monde entier, et Paris en particulier, se prépare pour les Jeux Olympiques de 2024, il y a un monument que tous les visiteurs ne manqueront pas de voir : l'emblématique Tour Eiffel. Pour célébrer ces Jeux et le pays hôte, nous utiliserons SOLIDWORKS Flow Simulation afin de mener des études sur les flux d'air autour de la tour, alors qu'elle sera ornée des anneaux olympiques.

Comment configurer les études de flux d'air

Nous aborderons les principes de base de la configuration et les différentes approches possibles pour le maillage d'un problème comme celui-ci.

Maquette de la Tour Eiffel avec les anneaux olympiques

Commençons par aborder les principes de base de la configuration d'une analyse de flux d'air externe. Nous avons suivi l'assistant de configuration en sélectionnant le type d'analyse « externe », en choisissant « air » comme fluide par défaut et, surtout, en définissant nos conditions ambiantes initiales avec une vitesse de l'air de 40 mph.

Paramètres généraux

Parlons maintenant de la définition du domaine de calcul en fonction des besoins de nos problèmes. Lors d'études sur les écoulements d'air externes, il est très facile de mal dimensionner le domaine, qu'il soit trop grand ou trop petit. L'objectif est de dimensionner le domaine de manière à couvrir la zone qui nous intéresse. Dans notre cas, nous souhaitons observer l'interaction du flux d'air avec la tour et la manière dont le champ d'écoulement commence à se développer en aval de la tour. Comme nous étudions un écoulement unidirectionnel, nous allons limiter le champ d'écoulement à proximité des flancs de la tour et placer la majeure partie de notre domaine en aval de celle-ci.

Définition de la taille du domaine

Les trois étapes de la maillage pour les études de flux d'air

Abordons maintenant les trois étapes de la formulation d'un problème de ce type.

1. Maille de base
2. Maillage basé sur la géométrie
3. Solution de maillage adaptatif

Système de maillage cartésien

Dans Flow Simulation, nous avons utilisé un système de maillage cartésien qui génère une grille 3D dans les directions x, y et z. Il s'agit de la taille initiale du domaine de calcul ; or, si ce domaine est trop vaste, cela peut entraîner un gaspillage de ressources de calcul pour le maillage de zones qui ne sont pas pertinentes pour le calcul.

Maillage basé sur la géométrie dans SOLIDWORKS Flow Simulation

Le maillage basé sur la géométrie est exactement ce que son nom indique. Dans ce cas, le maillage analyse la géométrie CAO existante et, en fonction des paramètres définis, affine les mailles des zones fluides, solides et des interfaces fluide/solide autour de la géométrie. Si votre modèle présente une géométrie complexe comportant de nombreux éléments de petite taille, des parois minces ou des canaux étroits, nous utiliserons une approche de maillage basée sur la géométrie.

Maillage adaptatif dans SOLIDWORKS Flow Simulation

Le maillage adaptatif est une technique puissante qui permet d'affiner la densité du maillage pendant le calcul de l'analyse. La méthode de maillage adaptatif affine les mailles autour des zones présentant des gradients d'écoulement élevés et affine automatiquement le maillage dans ces zones afin d'améliorer la précision des résultats. Cette fonction peut être activée de manière intentionnelle avant le début d'un calcul ou en cours de calcul afin d'améliorer la précision sans avoir à relancer le calcul depuis le début.

Pour utiliser le maillage adaptatif de Solution Adaptive, nous allons passer en revue le menu des options de contrôle du calcul, accessible en cliquant avec le bouton droit de la souris sur le dossier des données d'entrée > Options de contrôle du calcul > onglet « Affinement ». Nous pouvons également activer cette option pendant le calcul en accédant à l'onglet « Calcul » de la fenêtre du solveur.

Résultats de l'analyse

Vous trouverez ci-dessous une image d'un maillage basé uniquement sur la géométrie et utilisant les paramètres automatiques. Bien qu'il donne un aperçu de la manière dont un vent de 65 km/h interagit avec la tour, le maillage manque encore de détails pour permettre d'observer l'interaction fluide-solide. Nous pourrions certes utiliser les commandes de maillage manuelles pour obtenir davantage de détails autour des canaux et des éléments solides, mais cela ne permettrait pas de capturer les sillages se formant derrière la tour, là où il n'y a pas de géométrie.

Vous trouverez ci-dessous un exemple de la même configuration, utilisant la méthode « Solution Adaptive ». Comme vous pouvez le constater, le maillage est beaucoup plus dense et est affiné de manière plus naturelle, car il s'appuie sur les sillages qui se forment autour de la tour. Nous allons présenter deux façons de mettre en œuvre la méthode « Solution Adaptive » sur ce modèle.

Vue en élévation agrandie

N'oubliez pas que le choix entre le maillage basé sur la géométrie et le raffinement adaptatif du sillage n'est pas toujours évident. Souvent, on combine les deux méthodes. Le maillage initial est créé à l'aide du maillage basé sur la géométrie, puis le raffinement adaptatif du sillage est appliqué au cours de la simulation lorsque cela s'avère nécessaire. Cette approche tire parti des atouts des deux méthodes, offrant un équilibre entre précision et efficacité de calcul. Il est toujours judicieux d'expérimenter différents paramètres dans SOLIDWORKS Flow Simulation et différentes approches afin de déterminer ce qui fonctionne le mieux pour votre simulation spécifique.

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