Resumen
Los ingenieros utilizan el análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD) para estudiar y optimizar el flujo de fluidos y el análisis de transferencia de calor en diversas aplicaciones. ANSYS Discovery es una plataforma de software fácil de usar que permite a los ingenieros configurar y resolver fácilmente modelos CFD y su capacidad para informar las modificaciones de diseño.
En esta entrada de blog, destacaremos las ventajas de utilizar el análisis CFD en Ansys Discovery para el diseño de ingeniería, que puede ayudar a ahorrar tiempo durante las fases iniciales del desarrollo del producto. Proporcionaremos un recorrido detallado del proceso de configuración del modelo para el análisis térmico y de fluidos, junto con la realización de la simulación CFD utilizando los modos Explorar y Refinar de ANSYS Discovery. También discutiremos el proceso de refinamiento del mallado, haciendo hincapié en las similitudes y diferencias entre estos modos. Además, compararemos las capacidades de ANSYS Discovery en el modo Refinar con las de ANSYS Fluent. A continuación, exploraremos cómo configurar y utilizar estudios paramétricos en ANSYS Discovery. Por último, profundizaremos en el análisis de transferencia de calor conjugado para el dominio del fluido y las paredes sólidas que lo rodean. Cada sección irá acompañada de vídeos para proporcionar ejemplos claros e ilustrar los conceptos tratados.
1. Configuración de un modelo CFD ANSYS Discovery
En esta sección, exploraremos la configuración de un modelo CFD en el modo Modelo de ANSYS Discovery. En primer lugar, elegimos un ejemplo preconstruido y modificamos la geometría para adaptarla a nuestras necesidades. Después, inspeccionamos la geometría en busca de errores y defectos, realizamos las reparaciones necesarias utilizando las herramientas de Discovery Design y extraemos el volumen del modelo sólido para definir el dominio de fluido. A continuación, especificamos las condiciones de contorno, como las velocidades de entrada y salida, las temperaturas y la presión, y establecemos la física del problema eligiendo el material del fluido, especificando las propiedades del fluido, la temperatura inicial, etc.
2. Resolución del modelo CFD en ANSYS Discovery: Modo Explorar
Hay dos modos disponibles en ANSYS Discovery para resolver modelos CFD: Explorar y Refinar. En el modo Explorar, podemos obtener una solución inicial rápidamente, obtener una comprensión general del comportamiento del flujo e identificar cualquier problema potencial o áreas de mejora.
Ejecutaremos el modelo CFD y le mostraremos cómo realizar tareas básicas de postprocesado y visualizar los patrones de flujo, las distribuciones de velocidad y los gradientes de temperatura en el dominio mediante la generación de gráficos de contorno, animaciones vectoriales y líneas de corriente. Esto nos permitirá conocer mejor el comportamiento del flujo e identificar cualquier región de gran mezcla, recirculación o transferencia de calor.
3. Refinamiento de la malla en modo Explorar
Para mejorar la precisión de nuestra solución inicial en el modo Explorar, podemos refinar la malla utilizada para la discretización de la geometría y la resolución de las ecuaciones CFD. El nivel de refinamiento depende de la precisión deseada y de los recursos computacionales disponibles.
En este modelo, utilizamos algunas funciones de mallado, como la fidelidad global y la previsualización del tamaño, para mejorar la calidad de la malla en todo el dominio. Realizamos un estudio del mallado para comprender cómo la densidad de la malla y el tamaño de los elementos pueden influir en los resultados, como la mezcla de agua caliente y fría y la determinación de la velocidad y la temperatura máximas en el dominio.
4. Mejora del modelo CFD: Modo de perfeccionamiento
5. Estudio paramétrico y modificación del diseño
El uso del modo Explorar de ANSYS Discovery puede proporcionar una solución rápida e intuitiva para ayudar a tomar decisiones de diseño informadas sobre los modelos CFD. Además, podemos utilizar el modo Explorar para realizar análisis de sensibilidad cambiando los parámetros de entrada e inspeccionando sus impactos. Esto nos permite optimizar el diseño e identificar los parámetros clave que afectan al flujo de fluidos y al comportamiento de la transferencia de calor.
Podemos utilizar un estudio paramétrico para identificar áreas de mejora y realizar cambios en el diseño para optimizar el rendimiento del modelo CFD. En nuestro estudio paramétrico, ajustamos las condiciones de contorno, como la velocidad y la temperatura del flujo, así como las características geométricas del modelo, como parámetros clave de nuestro modelo CFD. Construimos casos de prueba con una serie de estos parámetros y comprobamos la mejora del proceso de mezcla en el modelo CFD. Es importante tener en cuenta que la modificación de la geometría es imposible dentro de ANSYS Fluent y CFX, por lo que necesitamos una herramienta de modelado CAD independiente, como SpaceClaim, para realizar los cambios. Entonces podemos devolver el modelo al solver CFD de ANSYS para configurar y resolver los nuevos modelos. Sin embargo, con ANSYS Discovery, podemos realizar todos los cambios en la geometría y la física del problema juntos dentro del programa, lo que supone una gran ventaja. No necesitamos salir del programa y todo está integrado y desarrollado dentro de Discovery.
Una vez que obtenemos información del análisis, podemos modificar la geometría, ajustar las condiciones de contorno u optimizar los componentes del sistema para alcanzar los objetivos de rendimiento deseados. Este proceso iterativo nos permite afinar nuestros diseños y lograr resultados óptimos.
6. Análisis de la transferencia de calor conjugada
En la última sección, exploramos la transferencia de calor en el dominio del fluido y los cuerpos sólidos circundantes mediante un análisis de transferencia de calor conjugado. Incluimos condiciones de contorno térmicas para las paredes del codo, además de las condiciones de fluido y térmicas ya asignadas al dominio del fluido. Primero aplicamos la condición de flujo de calor a los sólidos, explicamos la configuración para realizar la transferencia de calor conjugada en Ansys Discovery y, a continuación, resolvemos el modelo y mostramos los resultados en modo Explorar. A continuación, estudiamos el impacto de introducir un nuevo material y nuevas condiciones de calor en los sólidos, utilizando los monitores integrados en el análisis Discovery para analizar los efectos; cambiamos el material de la pared a una aleación de cobre y, posteriormente, añadimos aislamiento, observando cómo influyen estas modificaciones en los resultados. Finalizamos esta parte mostrando la configuración y la resolución del modelo en el modo Refinar para proporcionar una exploración completa del análisis de transferencia de calor conjugada en Ansys Discovery.
Aprovechando la potencia de ANSYS Discovery, podemos liberar el potencial para transformar el proceso de diseño, creando productos fluidos y térmicos que no sólo sean eficientes y fiables, sino también verdaderamente innovadores.