La dynamique des fluides computationnelle à l'aide de méthodes basées sur la géométrie

La précision des résultats de simulation dépend de la qualité du maillage utilisé pour représenter la géométrie réelle. Depuis toujours, les simulations de dynamique des fluides computationnelle (CFD) s'appuient sur des approches basées sur le maillage.

Le recours à une approche géométrique présente plusieurs avantages majeurs par rapport aux méthodes traditionnelles. Les outils de simulation de 3DEXPERIENCE vous permettent de travailler plus rapidement tout en conservant la même précision que celle que nous apprécions tant dans les approches basées sur le maillage.

Qu'est-ce que l'approche par maillage ?

Dans une approche par maillage, les utilisateurs créent une grille de calcul autour de la géométrie, et le volume du maillage sert de base à la résolution des équations d'écoulement des fluides. Bien qu'efficace, ce processus prend beaucoup de temps et limite souvent la souplesse lors des itérations de conception. Lorsque la rapidité et la précision sont essentielles pour suivre le rythme de l'innovation produit, nous ne pouvons pas nous permettre de perdre du temps lors de la phase de maillage de la simulation.

Qu'est-ce que l'approche géométrique ?

Dans l'approche basée sur la géométrie, les caractéristiques de simulation nécessaires sont attribuées à un volume de simulation qui représente la zone où l'écoulement du fluide doit être analysé. Cette méthode constitue une avancée significative dans la manière dont les ingénieurs abordent les calculs de dynamique des fluides, offrant un flux de travail plus intuitif et plus efficace. La méthode basée sur la géométrie élimine la dépendance vis-à-vis du maillage traditionnel en exploitant directement la géométrie CAO pour la simulation.

Comment 3DEXPERIENCE Simulation tire parti de l'approche basée sur la géométrie

Le rôle d'ingénieur en dynamique des fluides (FMK) sur la plateforme 3DEXPERIENCE a récemment introduit une méthode basée sur la géométrie pour définir les volumes d'écoulement dans les simulations de mécanique des fluides. L'application « Geometry Idealization Essentials » sert à créer un volume de simulation.

Utilisation de SIMULIA sur 3DEXPERIENCE

Pour cela, une forme d'abstraction est définie afin de créer une copie du modèle. Ensuite, en fonction du type d'analyse d'écoulement, un volume approprié est extrait pour définir le volume de simulation.

Il existe trois types de volumes extraits : les volumes intérieurs, les volumes extérieurs et les volumes conformes. Le type dépend de la géométrie concernée et du type de simulation d'écoulement de fluide.

• Pour l'analyse des écoulements internes, le volume intérieur extrait doit correspondre au volume de fluide considéré à l'intérieur du modèle.
• Pour la simulation d'écoulement externe, on extrait un volume extérieur qui représente le volume de fluide d'intérêt autour du modèle.
• Si le modèle comporte des interfaces entre des pièces qui interagissent avec des volumes intérieurs ou extérieurs, un volume conforme est extrait. L'extraction d'un volume conforme donne lieu à des volumes solides qui hiérarchisent les interfaces qui se chevauchent en fonction de la simplicité du maillage.

Étapes de configuration d'une étude CFD à l'aide de méthodes basées sur la géométrie

1. Préparation en géométrie
   La première étape consiste à préparer la géométrie pour la simulation. Pour l'analyse des écoulements internes, cela implique de définir des couvercles afin de fermer toutes les ouvertures du modèle et de créer une enceinte pour délimiter la zone d'extraction de volume. Si une surface comportant des trous est sélectionnée, l'outil de création de couvercles fermera tous les trous de cette surface. Cette même technique peut être utilisée pour détecter des fuites dans les volumes fermés.
   

   Préparation des modèles pour la méthode basée sur la géométrie

2. Extraction de volume
   Une fois la géométrie préparée, l'étape suivante consiste à extraire les volumes d'écoulement. Il peut s'agir de volumes intérieurs, de volumes extérieurs, de volumes conformes ou de volumes enveloppés, selon les exigences spécifiques de la simulation.
   

   Volumes extraits pour l'étude de dynamique des fluides computationnelle

3. Séparation physique
   Une fois les volumes d'écoulement extraits, il faut définir les paramètres physiques de chaque volume. Cela implique notamment d'associer le volume de simulation au volume d'écoulement précédemment extrait, de définir les domaines physiques, les matériaux et d'autres aspects, tels que le type d'analyse d'écoulement.
   

   Définition d'un volume de simulation

4. Création de maillages
   La dernière étape avant de lancer la simulation consiste à mailler la géométrie. Cela permet de garantir que la simulation pourra reproduire fidèlement la dynamique des fluides à l'intérieur des volumes définis.
   

   Maillage généré à partir d'une géométrie pour une étude d'écoulement externe

Éléments clés à prendre en compte pour une étude de dynamique des fluides computationnelle

Lorsque vous utilisez les outils de CFD sur 3DEXPERIENCE, il convient de garder à l'esprit certains points.

• Si un modèle comporte des interfaces entre des pièces qui interagissent avec des volumes intérieurs ou extérieurs, un volume conforme est extrait. Un volume conforme extrait le volume de fluide intérieur et les volumes solides du modèle.
• Pour l'analyse externe, la géométrie d'enveloppe est définie à l'aide de l'outil « Enveloppe ». Les enveloppes peuvent prendre la forme d'une coque, d'un parallélépipède, d'un cylindre ou d'une sphère autour du modèle afin de représenter l'étendue du volume de fluide extérieur.
  

  Un volume externe défini autour d'un drone

• La configuration du scénario Fluid implique de définir les conditions initiales, les conditions aux limites et tout autre paramètre nécessaire à la simulation. Il est important de veiller à ce que ces paramètres soient aussi réalistes que possible afin d'obtenir des résultats précis.
• L'application affiche les volumes solides dans différentes couleurs afin que vous puissiez les identifier facilement dans l'étude.

Méthodes basées sur les mailles vs méthodes basées sur la géométrie

La méthode traditionnelle basée sur le maillage consiste à définir l'emplacement des volumes d'écoulement à l'aide de pièces, d'ouvertures et de zones, puis à créer ces volumes d'écoulement lors du processus de maillage. Si cette méthode offre davantage de possibilités de travail que la méthode basée sur la géométrie, elle peut s'avérer plus complexe à utiliser.

La méthode basée sur la géométrie, quant à elle, simplifie le processus en se concentrant sur la préparation de la géométrie et l'extraction des volumes, ce qui en fait une option plus conviviale. En simplifiant les flux de travail, cette méthode permet aux ingénieurs d'effectuer plus efficacement les calculs de fluides courants, afin qu'ils puissent se concentrer davantage sur l'amélioration de la conception et les concepts innovants, ce qui accélère la mise sur le marché.

Vous souhaitez optimiser vos études de dynamique des fluides computationnelle grâce à de nouvelles techniques ? Contactez-nous ici.