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

Le simulazioni fluidodinamiche computazionali 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 fondamentale 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 di fluidi stazionari e instabili utilizzando hardware e metodi computazionali.

La fluidodinamica computazionale è una metodologia consolidata, spesso utilizzata per sostituire o integrare i metodi sperimentali e analitici a supporto dell’ingegneria, della progettazione e dell’analisi di prodotti di uso quotidiano.

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Screenshot del software di simulazione fluidodinamica computazionale multifisica.
Immagine di una 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 i metodi sperimentali e analitici a supporto dell’ingegneria, della progettazione e dell’analisi di prodotti di uso quotidiano. Rispetto alla prototipazione e agli esperimenti, le simulazioni CFD offrono i seguenti vantaggi.

Prestazioni ottimizzate

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

Riduzione dei tempi

La simulazione CFD consente di 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 fluidodinamiche computazionali seguono questi passaggi generici.

Grafica del meshing dal software Simcenter STAR-CCM+.

Pre-processing

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

Il software di simulazione CFD inizia a risolvere iterativamente le equazioni discretizzate utilizzando il solutore CFD.

Risoluzione

Il software di simulazione CFD inizia a risolvere iterativamente 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 accelerare la modellazione della complessità.

Post-processing

Una volta completata la risoluzione, occorre 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 validazione dei risultati.

Fluidodinamica computazionale multifisica

La fluidodinamica computazionale moderna non offre solo la possibilità di simulare e prevedere il comportamento del flusso e del trasferimento di calore. Oggi, la CFD è integrata in un ambiente CAE multidisciplinare, che consente agli ingegneri di modellare una vasta gamma di fenomeni fisici legati ai fluidi, dai flussi di reazione all’aeroacustica, dai flussi multifase alla dinamica delle particelle, dal raffreddamento dell’elettronica all’aerodinamica, e di connetterli strettamente alla fluidodinamica correlata. Ciò è di fondamentale importanza in un mondo di prodotti complessi che richiedono un’ingegneria interdisciplinare olistica per ottenere le massime prestazioni.

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