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Résumé
Les ingénieurs utilisent l’analyse numérique de la dynamique des fluides (CFD) pour étudier et optimiser l’analyse du débit de fluide et du transfert de chaleur dans diverses applications. ANSYS Discovery est une plate-forme logicielle conviviale qui permet aux ingénieurs de configurer et de résoudre facilement des modèles CFD et sa capacité à éclairer les modifications de conception.
Dans cet article de blog, nous soulignerons les avantages de l'utilisation de l'analyse CFD dans Ansys Discovery pour la conception technique, ce qui peut permettre de gagner du temps lors des premières étapes de développement du produit. Nous fournirons une présentation détaillée du processus de configuration du modèle pour l'analyse des fluides et thermique, ainsi que la réalisation de la simulation CFD à l'aide des modes Explorer et Affiner d'ANSYS Discovery. Nous discuterons également du processus de raffinement du maillage, en mettant l'accent sur les similitudes et les différences entre ces modes. De plus, nous comparerons les capacités d'ANSYS Discovery en mode Refine avec celles d'ANSYS Fluent. Ensuite, nous explorerons comment mettre en place et utiliser des études paramétriques dans ANSYS Discovery. Enfin, nous approfondirons l’analyse du transfert thermique conjugué pour le domaine fluide et les parois solides qui l’entourent. Chaque section sera accompagnée de vidéos pour fournir des exemples clairs et illustrer les concepts abordés.
1. Configuration d'un modèle CFD ANSYS Discovery
Dans cette section, nous explorerons la configuration d'un modèle CFD dans le mode Modèle d'ANSYS Discovery. Tout d'abord, nous choisissons un exemple prédéfini et modifions la géométrie pour l'adapter à nos besoins. Après cela, nous inspectons la géométrie à la recherche d'erreurs et de défauts, effectuons les réparations nécessaires à l'aide des outils Discovery Design et extrayons le volume du modèle solide pour définir le domaine fluide. Ensuite, nous spécifions les conditions aux limites, telles que les vitesses d'entrée et de sortie, les températures et la pression, et définissons la physique du problème en choisissant le matériau fluide, en spécifiant les propriétés du fluide, la température initiale, etc.
2. Résolution du modèle CFD dans ANSYS Discovery : mode exploration
Il existe deux modes disponibles dans ANSYS Discovery pour résoudre des modèles CFD : Explorer et Affiner. En mode Explorer, nous pouvons obtenir rapidement une solution initiale, acquérir une compréhension générale du comportement du flux et identifier les problèmes potentiels ou les domaines à améliorer.
Nous exécuterons le modèle CFD et vous montrerons comment effectuer des tâches de post-traitement de base et visualiser les modèles d'écoulement, les distributions de vitesse et les gradients de température dans le domaine en générant des tracés de contour, des animations vectorielles et des lignes rationalisées. Cela nous permettra d’avoir un aperçu du comportement de l’écoulement et d’identifier les régions de mélange, de recirculation ou de transfert de chaleur élevés.
3. Raffinement du maillage en mode Exploration
Pour améliorer la précision de notre solution initiale en mode Explorer, nous pouvons affiner le maillage utilisé pour la discrétisation de la géométrie et la résolution des équations CFD. Le niveau de raffinement dépend de la précision souhaitée et des ressources informatiques disponibles.
Dans ce modèle, nous utilisons certaines fonctionnalités de maillage, telles que la fidélité globale et l'aperçu de la taille, pour améliorer la qualité du maillage sur l'ensemble du domaine. Nous avons mené une étude de maillage pour comprendre comment la densité du maillage et la taille des éléments peuvent avoir un impact sur les résultats, tels que le mélange d'eau chaude et froide et la détermination de la vitesse et de la température maximales dans le domaine.
4. Amélioration du modèle CFD : mode Affiner
5. Étude paramétrique et modification de la conception
L'utilisation du mode Explorer d'ANSYS Discovery peut fournir une solution rapide et intuitive pour aider à prendre des décisions de conception éclairées concernant les modèles CFD. De plus, nous pouvons utiliser le mode Explorer pour effectuer une analyse de sensibilité en modifiant les paramètres d'entrée et en inspectant leurs impacts. Cela nous permet d’optimiser la conception et d’identifier les paramètres clés affectant le comportement d’écoulement des fluides et de transfert de chaleur.
Nous pouvons utiliser une étude paramétrique pour identifier les domaines à améliorer et apporter des modifications de conception pour optimiser les performances du modèle CFD. Dans notre étude paramétrique, nous ajustons les conditions aux limites telles que la vitesse d'écoulement et la température, ainsi que les caractéristiques géométriques du modèle, en tant que paramètres clés de notre modèle CFD. Nous construisons des cas de test avec une série de ces paramètres et vérifions l'amélioration du processus de mélange dans le modèle CFD. Il est important de noter que la modification de la géométrie est impossible dans ANSYS Fluent et CFX, nous avons donc besoin d'un outil de modélisation CAO distinct, tel que SpaceClaim, pour effectuer les modifications. Nous pouvons ensuite renvoyer le modèle au solveur ANSYS CFD pour configurer et résoudre les nouveaux modèles. Cependant, avec ANSYS Discovery, nous pouvons apporter toutes les modifications à la géométrie et à la physique du problème ensemble au sein du programme, ce qui constitue un énorme avantage. Nous n'avons pas besoin de quitter le programme et tout est intégré et développé dans Discovery.
Une fois que nous avons tiré des enseignements de l'analyse, nous pouvons modifier la géométrie, ajuster les conditions aux limites ou optimiser les composants du système pour atteindre les objectifs de performances souhaités. Ce processus itératif nous permet d’affiner nos conceptions et d’obtenir des résultats optimaux.
6. Analyse du transfert de chaleur conjuguée
Dans la dernière section, nous explorons le transfert de chaleur dans le domaine fluide et les corps solides environnants par analyse de transfert de chaleur conjuguée. Nous incluons les conditions aux limites thermiques pour les parois coudées, en plus des conditions fluides et thermiques déjà attribuées au domaine fluide. Nous appliquons d'abord la condition de flux de chaleur aux solides, expliquons la configuration pour effectuer le transfert de chaleur conjugué dans Ansys Discovery, puis résolvons le modèle et montrons les résultats en mode Exploration. Ensuite, nous étudions l'impact de l'introduction de nouveaux matériaux et de nouvelles conditions thermiques dans les solides, en utilisant les moniteurs intégrés dans l'analyse Discovery pour analyser les effets ; nous changeons le matériau du mur en alliage de cuivre et ajoutons ensuite une isolation, en observant comment ces modifications influencent les résultats. nous terminons cette partie en présentant la configuration et la résolution du modèle en mode Affiner pour fournir une exploration complète de l'analyse du transfert de chaleur conjugué dans Ansys Discovery.
En exploitant la puissance d'ANSYS Discovery, nous pouvons libérer le potentiel de transformation du processus de conception, en créant des produits fluides et thermiques qui sont non seulement efficaces et fiables, mais aussi véritablement innovants.
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