K zobrazení této stránky v češtině byl použit automatický překlad. Chcete ji raději zobrazit v angličtině?
Byl tento překlad užitečný?
  1. Home

Simulace výpočetní dynamiky kapalin

Simulace výpočetní dynamiky tekutin (CFD) jsou založeny na Navier-Stokesově rovnici, která se používá k popisu pohybu tekutin.

Co je výpočetní dynamika tekutin?

Výpočetní simulace dynamiky tekutin zahrnuje použití základních zákonů mechaniky, řídících rovnic dynamiky tekutin a modelování k matematickému formulování fyzikálního problému. Jakmile jsou formulovány, výpočetní zdroje používají numerické metody k řešení rovnic pomocí softwaru CFD k získání přibližných řešení příslušných fyzikálních vlastností.

Výpočetní simulace dynamiky tekutin jsou založeny na Navier-Stokesově rovnici, která se používá k popisu pohybu tekutin. Přesnost CFD simulací závisí na věrnosti modelu, použitých aproximacích a předpokladech, experimentální validaci a dostupných výpočetních zdrojích. Je nezbytné charakterizovat nejistoty a chyby ve výpočetní simulaci dynamiky tekutin, aby ji bylo možné použít jako efektivní nástroj při návrhu a analýze.

Existují tři hlavní metody predikce chování tekutin a jejich interakce s okolním prostředím – experimentální, analytická a numerická. Výpočetní dynamika tekutin je numerická metoda simulace ustáleného a nestacionárního pohybu tekutin pomocí výpočetních metod a hardwaru.

Výpočetní dynamika tekutin je dobře zavedená metodika, která se často používá k nahrazení nebo doplnění experimentálních a analytických metod, které pomáhají při technickém návrhu a analýze každodenních produktů.

Související produkty: Simcenter STAR-CCM+ | Simcenter FLOEFD | Simcenter Flotherm | Simcenter Flotherm XT | Simcenter Battery Design Studio

Snímek obrazovky multifyzikálního softwaru pro simulaci výpočetní dynamiky tekutin.

Odhalte výhody

Výpočetní dynamika tekutin je dobře zavedená metodika, která se často používá k nahrazení nebo doplnění experimentálních a analytických metod, které pomáhají při technickém návrhu a analýze každodenních produktů. Ve srovnání s prototypováním a experimenty nabízejí CFD simulace následující výhody.

Zvýšení výkonu

Výpočetní simulace dynamiky tekutin umožňuje rychle analyzovat a prozkoumat technické možnosti pro zvýšení výkonu produktu.

Úspora času

Simulace CFD vám pomůže uvést optimalizované návrhy produktů na trh rychleji než metoda sestavení a testování.

Snížení nákladů

Využitím výpočetní dynamiky tekutin můžete výrazně snížit náklady na vývoj produktu ve srovnání s tradičními procesy návrhu založenými na prototypech.

Kroky v procesu CFD simulace

Bez ohledu na software se všechny výpočetní simulace dynamiky tekutin řídí těmito zobecněnými kroky.

Grafika vytváření sítí ze softwaru Simcenter STAR-CCM+.

Preprocessing

Fáze předběžného zpracování zahrnuje vytvoření geometrie a její přípravu pro CFD simulaci. V procesu zvaném síťování nebo generování mřížky nástroj CFD rozdělí doménu na malé objemy/buňky. Uživatel zadá podmínky proudění, vlastnosti tekutin a počáteční okrajové podmínky.

CFD simulační software začne iterativně řešit diskretizované rovnice pomocí CFD řešiče.

Solving

CFD simulační software začne iterativně řešit diskretizované rovnice pomocí CFD řešiče. Tento krok může vyžadovat značný čas nebo výpočetní prostředky. U složitých simulací se stále více podniků obrací ke cloud computingu jako k nákladově efektivnímu řešení tohoto problému.

Znázornění výhod provozu řešení Simcenter STAR-CCM+ na grafických kartách poskytuje možnosti výpočetní dynamiky tekutin (CFD), které umožňují rychlejší modelování složitosti.

Postprocessing

Po dokončení řešení je dalším krokem kvalitativní a kvantitativní analýza a vizualizace výsledků simulace pomocí zpráv, monitorů, grafů, 2D/3D obrázků a animací. Součástí této fáze je také verifikace a validace výsledků.

Multifyzikální výpočetní dynamika tekutin

Moderní výpočetní dynamika tekutin je více než jen schopnost simulovat a předpovídat proudění tekutin a chování při přenosu tepla. Dnes je CFD integrováno do multidisciplinárního prostředí počítačem podporovaného inženýrství (CAE), které inženýrům umožňuje modelovat širokou škálu fyziky související s tekutinami, od reakčních proudů po aeroakustiku, od vícefázového proudění po dynamiku částic, od chlazení elektroniky po aerodynamiku a úzce je propojit se související dynamikou tekutin. To má zásadní význam ve světě stále složitějších produktů, které vyžadují holistické mezioborové inženýrství k dosažení maximálního výkonu.

Prozkoumejte produkty související s CFD simulacemi

Vyzkoušejte bezplatné zkušební verze softwaru

Maketa dvou závodních bugin v řešení Simcenter STAR-CCM+.

Simcenter STAR-CCM+ trial

  • Simulujte výkon plavidla v plném měřítku a v reálných provozních podmínkách
  • Prozkoumejte stovky návrhů prováděním testů digitálně, což vede k inovativním řešením
  • Zkraťte dobu simulace dynamiky tekutin na moři ze dnů na hodiny
Snímek obrazovky řešení Simcenter FLOEFD pro NX

Simcenter FLOEFD trial

  • Vyzkoušejte si výpočetní simulaci dynamiky tekutin přímo v CAD s využitím skutečné geometrie v softwaru Simcenter FLOEFD
  • Získejte praktické zkušenosti se simulačními studiemi proudění tekutin a analýzou přenosu tepla s předstihem, ať už používáte NX, Solid Edge nebo Creo
Simcenter Flotherm elektronika software pro termickou analýzu online zkušební verze 2U Server simulační příklad včetně tepelné analýzy PCB.

Simcenter Flotherm trial

  • Získejte znalosti v rychlé a přesné simulaci pro tepelný návrh spolehlivé elektroniky
  • Učte se na příkladech a rozvíjejte své návrhy
  • Návody k bezproblémovému importu dat ECAD pro modely desek plošných spojů, optimalizaci chladičů, přechodové analýze, kapalinovému chlazení a kalibraci modelu

Nejčastější dotazy

Analýza konečných prvků (FEA) se úspěšně používá pro vývoj výrobků po celá desetiletí. Spolu s tím byly neustále vyvíjeny přístupy k vysoce věrnému modelování a pragmatičtější přístupy, které umožňují rychleji získat dostatečně přesné výsledky.

Inženýři si dnes mohou a musí zvolit úroveň přesnosti, která nejlépe vyhovuje jejich potřebám, aby mohli odpovídat na technické otázky s minimálním výpočetním úsilím. Úroveň přesnosti se pohybuje od vysoce věrných modelovacích technik, které umožňují předpovídat skutečné chování v rámci několika procent nebo dokonce méně, až po rychlé metody, které umožňují rychlé předpovědi trendů.

V současné době jsou certifikační a verifikační procesy pro simulační nástroje MKP dobře zavedené. Budou i nadále rozhodující složkou pokroku FEA, její spolehlivosti a důvěry v digitální dvojčata a jejího zavádění v nových oblastech. Prediktivní simulace sice bude neustále snižovat potřebu nákladných měření a prototypování, ale bude i nadále vyžadovat přísné metody konečných prvků a validaci osvědčených postupů prostřednictvím experimentů. 

Meshfree CFD metodiky nabízejí atraktivní alternativní přístup k metodám založeným na síti pro vybrané aplikace. Když je rychlé získání výsledků prioritou před nejvyšší přesností, je vyhlazená částicová hydrodynamika (SPH) účinným nástrojem. Obě metody však mají své místo a v závislosti na požadavcích na dobu řešení vs. požadovanou přesnost může být výhodné zvolit síťový nebo bezsíťový přístup.

Většina toků kolem nás a souvisejících s vývojem produktů je svou povahou turbulentní. V průběhu desetiletí věda a průmysl navázaly úzké vztahy, aby začlenily popisy turbulencí do Navier-Stokesovy rovnice. Například vytvoření sítě nejvhodnějšího modelu turbulence pro danou aplikaci a projekt CFD silně závisí na požadavcích na přesnost a rychlost simulace.

Obecně lze modelování turbulence rozdělit do tří hlavních kategorií: statistické modelování, známé také jako Reynoldsův průměrný Navier-Stokes (RANS), simulace s rozlišením měřítka (SRS), jako je simulace velkých vírů (LES) nebo simulace oddělených vírů (DES) a nakonec přímá numerická simulace (DNS), která nevytváří žádné předpoklady modelování turbulence.

Naučit se CFD vyžaduje čas, odhodlání, důkladné studium a praxi. Je důležité porozumět základní fyzice dynamiky tekutin a Navier-Stokesově rovnici, pochopit numerické metody a jejich omezení a procvičit si praktické použití skutečného výpočetního softwarového nástroje pro dynamiku tekutin. Díky automatizaci a neustálému zlepšování uživatelských rozhraní v moderním softwaru pro výpočetní dynamiku tekutin se budou překážky pro vysoce věrné CFD dále snižovat na všech úrovních, čímž se posune prostor pro zkoumání výsledků a rozhodování na základě simulace.  Je také důležité porozumět základní dynamice tekutin, abyste mohli posoudit výsledky a činit smysluplná inženýrská rozhodnutí na základě výsledků CFD.

Výběr hardwaru pro CFD projekt skutečně závisí na vašem projektu, rozpočtu a aktuálních prioritách. Některá doporučení: Procesory x86 již dlouho provozují simulace. Každý řešič byl původně vyvinut a ověřen pro tuto platformu. Hledejte CFD hardware s maximální mezipamětí – servery, pracovní stanice a notebooky. Grafické procesory (GPU) dnes podporují mnoho řešičů a software se tomu bude ještě více přizpůsobovat. Toto řešení je velmi energeticky úsporné. Věnujte velkou pozornost tomu, aby požadované řešiče byly podporovány a splňovaly požadavky na paměť vašeho případu použití. To vám umožní vytěžit maximum z pracovních stanic a clusterů GPU s více GPU. Procesory ARM podporují vše kromě grafického uživatelského rozhraní. Jedná se o přístup k nákladově efektivnímu výpočetnímu prostředí, zejména v cloudových službách. Za předpokladu, že váš výpočetní nástroj pro simulaci dynamiky tekutin podporuje technologii ARM. Obecně platí, že cloudová simulace CFD je přímočarým řešením. Žádné investice do drahého počítačového hardwaru, žádné nečinné náklady a škálovatelnost na vyžádání.

Software pro simulaci výpočetní dynamiky tekutin se používá v široké škále inženýrských aplikací všude tam, kde je potřeba pochopit nebo předpovědět proudění tekutin a přenos tepla a výsledný vliv na návrh produktu nebo systému. V průmyslovém designu výrobků pokročila výpočetní simulace dynamiky tekutin k simulaci multifyzikálního chování ve složitých geometriích, což společnostem umožňuje plně pochopit a optimalizovat návrh produktu virtuálně před vytvořením prototypu.

Mezi odvětví, kde je široce používána výpočetní simulace dynamiky tekutin, patří:

  • Letectví
  • Automobilový průmysl
  • Chemický
  • Spotřební zboží
  • Námořní doprava (konstrukce lodí, pohonných systémů a konstrukce motorů)
  • Elektronika
  • Energetika (jaderná energetika, ropa a plyn a výroba elektřiny)
  • Technická zařízení budov
  • Vědy
  • Lopatkové stroje
  • Sportovní
  • Další obecné aplikace zahrnující proudění tekutin a přenos tepla

Zhlédnout

Webinář na vyžádání | Nová definice umění možného ve výpočetní simulaci dynamiky tekutin.

Poslechnout si více

Podcast | Minulost, současnost a budoucnost výpočetní dynamiky tekutin s Dr. Simonem Fischerem.

Přečíst

Blogy | Seznamte se se všemi blogy Simcenteru o výpočetní dynamice tekutin.