Projeto de engenharia aprimorado pela ANSYS Discovery para análise de CFD

Resumo

Os engenheiros usam a análise de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) para estudar e otimizar o fluxo de fluidos e a análise de transferência de calor em diversas aplicações. ANSYS Discovery é uma plataforma de software fácil de usar que permite aos engenheiros configurar e resolver facilmente modelos CFD e sua capacidade de informar modificações de projeto

Nesta postagem do blog, destacaremos as vantagens do uso da análise CFD no Ansys Discovery para projetos de engenharia, o que pode ajudar a economizar tempo durante os estágios iniciais de desenvolvimento do produto. Forneceremos um passo a passo detalhado do processo de configuração do modelo para análise térmica e de fluidos, juntamente com a condução da simulação CFD usando os modos Explorar e Refinar do ANSYS Discovery. Também discutiremos o processo de refinamento da malha, enfatizando as semelhanças e diferenças entre esses modos. Além disso, compararemos os recursos do ANSYS Discovery no modo Refine com os do ANSYS Fluent. A seguir, exploraremos como configurar e usar estudos paramétricos no ANSYS Discovery. Por último, nos aprofundaremos na análise da transferência de calor conjugada para o domínio fluido e as paredes sólidas que o rodeiam. Cada seção será acompanhada de vídeos para fornecer exemplos claros e ilustrar os conceitos discutidos.

1. Configurando um modelo ANSYS Discovery CFD

Nesta seção, exploraremos a configuração de um modelo CFD no modo Modelo do ANSYS Discovery. Primeiramente, escolhemos um exemplo pré-construído e modificamos a geometria para atender às nossas necessidades. Depois disso, inspecionamos a geometria em busca de erros e defeitos, fazemos os reparos necessários usando ferramentas do Discovery Design e extraímos o volume do modelo sólido para definir o domínio do fluido. A seguir, especificamos as condições de contorno, como velocidades de entrada e saída, temperaturas e pressão, e definimos a física do problema escolhendo o material do fluido, especificando as propriedades do fluido, temperatura inicial, etc.

2. Resolvendo o modelo CFD no ANSYS Discovery: Modo Explorar

Existem dois modos disponíveis no ANSYS Discovery para resolver modelos CFD: Explorar e Refinar. No modo Explorar, podemos obter rapidamente uma solução inicial, obter uma compreensão geral do comportamento do fluxo e identificar possíveis problemas ou áreas de melhoria.

Executaremos o modelo CFD e mostraremos como realizar tarefas básicas de pós-processamento e visualizar os padrões de fluxo, distribuições de velocidade e gradientes de temperatura no domínio, gerando gráficos de contorno, animações vetoriais e linhas de corrente. Isso nos permitirá obter insights sobre o comportamento do fluxo e identificar quaisquer regiões de alta mistura, recirculação ou transferência de calor.

3. Refinamento de malha no modo Explorar

Para aumentar a precisão da nossa solução inicial no modo Explorar, podemos refinar a malha usada para discretização da geometria e resolução de equações CFD. O nível de refinamento depende da precisão desejada e dos recursos computacionais disponíveis.

Neste modelo, usamos alguns recursos de malha, como Global Fidelity e Size Preview, para melhorar a qualidade da malha em todo o domínio. Conduzimos um estudo de malha para entender como a densidade da malha e o tamanho do elemento podem impactar os resultados, como misturar água quente e fria e determinar a velocidade e temperatura máximas no domínio.

4. Melhoria do modelo CFD: Modo Refinar

O modo Refinar ANSYS Discovery pode ser usado para melhorar a precisão e os detalhes dos modelos CFD e obter resultados mais precisos do que usar o modo Explorar.
O refinamento da malha local pode ser alcançado usando Local Fidelity, que nos permite focar em partes específicas do domínio em que estamos interessados ​​e obter ali um comportamento de fluxo mais preciso. Também podemos controlar os esquemas de malha do domínio em relação à curvatura e proximidade, o que pode aumentar a confiabilidade da nossa simulação, principalmente ao prever valores como queda de pressão ou transferência de calor. Em tNeste modo, as informações da malha são acessíveis para elementos e nós da malha, bem como indicadores de qualidade da malha, como ortogonalidade e proporção da malha.

Utilizando o modo de refinamento, temos mais controle sobre a solução selecionando modelos turbulentos, definindo critérios de convergência, alterando os resíduos e definindo o intervalo de tempo na simulação transitória, entre outras coisas. Além disso, a computação GPU está disponível nos modos Explorar e Refinar na versão ANSYS Discovery 2023R2. Além disso, ANSYS 2023R2 oferece opções de malha tetraédrica e poliédrica. O modo Refinar no ANSYS Discovery pode oferecer resultados de simulação CFD altamente precisos que são comparáveis ​​aos obtidos no ANSYS Fluent e CFX. No entanto, a solução ANSYS Discovery é muito mais rápida e simples de configurar quando comparada a outros solucionadores de CFD no ANSYS.
No geral, o modo Refinar no ANSYS Discovery nos permite ajustar os modelos CFD, alcançar níveis mais altos de precisão e ganhar mais confiança nos resultados que obtemos. Isso pode acelerar significativamente os processos de projeto de engenharia e desenvolvimento de produtos.

5. Estudo Paramétrico e Modificação de Projeto

Usar o modo Explorar do ANSYS Discovery pode fornecer uma solução rápida e intuitiva para ajudar a tomar decisões de projeto informadas sobre modelos CFD. Além disso, podemos usar o modo Explorar para realizar análises de sensibilidade, alterando os parâmetros de entrada e inspecionando seus impactos. Isso nos permite otimizar o projeto e identificar os principais parâmetros que afetam o fluxo de fluido e o comportamento da transferência de calor.

Podemos usar um estudo paramétrico para identificar áreas de melhoria e fazer alterações no design para otimizar o desempenho do modelo CFD. Em nosso estudo paramétrico, ajustamos as condições de contorno, como velocidade e temperatura do fluxo, bem como características geométricas do modelo, como parâmetros-chave em nosso modelo CFD. Construímos casos de teste com uma série desses parâmetros e verificamos a melhoria do processo de mistura no modelo CFD. É importante observar que a modificação da geometria é impossível dentro do ANSYS Fluent e do CFX, portanto, precisamos de uma ferramenta de modelagem CAD separada, como o SpaceClaim, para fazer as alterações. Então podemos retornar o modelo ao solucionador ANSYS CFD para configurar e resolver os novos modelos. Porém, com o ANSYS Discovery, podemos fazer todas as alterações na geometria e na física do problema juntas dentro do programa, o que é uma grande vantagem. Não precisamos sair do programa e tudo está integrado e desenvolvido dentro do Discovery.

Depois de obtermos insights da análise, podemos modificar a geometria, ajustar as condições de contorno ou otimizar os componentes do sistema para atingir as metas de desempenho desejadas. Este processo iterativo nos permite ajustar nossos projetos e alcançar resultados ideais.

6. Análise de transferência de calor conjugada

Na última seção, exploramos a transferência de calor no domínio do fluido e nos corpos sólidos circundantes por meio da análise de transferência de calor conjugada. Incluímos condições de contorno térmico para as paredes do cotovelo, além das condições fluidas e térmicas já atribuídas ao domínio fluido. Primeiro aplicamos a condição de fluxo de calor aos sólidos, explicamos a configuração para conduzir a transferência de calor conjugada no Ansys Discovery e, em seguida, resolvemos o modelo e mostramos os resultados no modo Explorar. Em seguida, estudamos o impacto da introdução de novos materiais e novas condições de calor nos sólidos, utilizando os monitores incorporados na análise do Discovery para analisar os efeitos; alteramos o material da parede para liga de cobre e posteriormente adicionamos isolamento, observando como essas modificações influenciam nos resultados. encerramos esta parte apresentando a configuração e solução do modelo no modo Refinar para fornecer uma exploração abrangente da análise de transferência de calor conjugada no Ansys Discovery.

Ao aproveitar o poder do ANSYS Discovery, podemos desbloquear o potencial para transformar o processo de design, criando produtos fluidos e térmicos que não são apenas eficientes e confiáveis, mas também verdadeiramente inovadores.