CFD na biurku konstruktora

CFD (obliczeniowa mechanika płynów, ang. computational fluid dynamics) to świetna technologia, z której może skorzystać wiele firm. Jednak nie jest to powszechne narzędzie, głównie ze względu na charakter standardowych dostępnych programów CFD, które powodują nieefektywne wdrożenie w procesie projektowania. Co mam przez to na myśli?

Złożoność tradycyjnego kodu CFD ogranicza jego zastosowanie do ekspertów, którzy mają duże doświadczenie i szkolenia w tej dziedzinie. Ta grupa ekspertów obsługuje grupę projektantów w danej firmie. Tak więc proces będzie polegał na tym, że projektanci mechaniczni stworzą pierwszy projekt koncepcyjny za pomocą narzędzia CAD, a gdy projektant znajdzie się w punkcie, w którym chcieliby wiedzieć, w jaki sposób projekt działa w odniesieniu do przepływu lub transferu ciepła, wówczas wysyłają go do analityków CFD, którzy następnie wprowadzą dane do swojego narzędzia CFD i przeprowadzą analizę. Następnie analityk przekaże wyniki z powrotem inżynierom, aby mogli potencjalnie ulepszyć projekt na podstawie wyników. Potencjalnie ta pętla jest powtarzana tak często, jak to konieczne.

Problemy z tym typem procesu projektowania są następujące:

Po pierwsze, sama natura przekazywania danych między działami i narzędziami jest nieefektywna, czasochłonna i stanowi potencjalne źródło błędów. Na przykład analityk może pracować nad wersją projektu, która nie jest najnowszą, nie zdając sobie z tego sprawy, dopóki analiza nie zostanie zakończona; mając na uwadze, że jeśli projektant mógłby przeprowadzić analizę CFD, ten rodzaj problemu zostanie usunięty.

Ponadto ekspert CFD może nie być od razu dostępny do pracy nad projektem projektanta.

Wreszcie, nawet z wyszkolonymi, doświadczonymi analitykami, tradycyjne narzędzia CFD mogą być uciążliwe i trudne w użyciu, więc szybkie odwrócenie analizy może być trudne; a ponadto, ponieważ typowo model CAD jest odłączony od modelu analizy, próba szybkiego wykonania iteracji projektowych w celu uzyskania natychmiastowej informacji technicznej jest jeszcze trudniejsza.

SOLIDWDORKS Flow Simulation umożliwia symulację CFD w rękach inżynierów odpowiedzialnych za projekt i umożliwia operatorowi wykonywanie złożonych, szybkich i dokładnych CFD, jednocześnie skracając cykl projektowania i zwiększając jego zdolność do projektowania najlepszego produktu.

Pojawia się więc pytanie, w jaki sposób SOLIDWORKS Flow Simulation jest w stanie zrealizować tę zmianę paradygmatu oferowania CFD inżynierom mechanikom, gdzie dotychczas postrzegany jest jako domena ekspertów. Osiągnięto to za pomocą szeregu kluczowych technologii, z których najważniejsze omówię w tym artykule.

Zacznijmy od jednej z najbardziej oczywistych i najbardziej istotnych cech SOLIDWORKS Flow Simulation – integracja z SOLIDWORKS CAD 3D. SOLIDWORKS Flow Simulation jest w pełni „osadzony” w SolidWorks. Korzyści z tej integracji są liczne.

Na początek, oczywiście, SOLIDWORKS Flow Simulation używa rodzimej geometrii 3D SOLIDWORKS. Pamiętaj, że jedną z kwestii, która występuje w nieefektywnym procesie projektowania jest to, że nie tylko różni inżynierowie wykonują analizę i projekt, ale model analizy jest odłączony od oryginalnego modelu CAD, więc próba wykonania iteracji staje się trudna. Z SOLIDWORKS Flow Simulation nie stanowi to problemu.

Kolejną zaletą integracji SOLIDWORKS jest to, że oprogramowanie może automatycznie wykrywać analizowany obszar płynu, umożliwiając inżynierowi pracę z oryginalnym modelem CAD w przeciwieństwie do modelu bryłowego przestrzeni przepływu. Oznacza to również, że kiedy projekt się zmienia, obszar płynu jest automatycznie aktualizowany, co eliminuje potrzebę przedefiniowania analizy CFD.

Ponadto, ponieważ nie jest konieczny etap konwersji formatu pliku, eliminuje to problem, w którym analityk CFD musi „tłumaczyć” importowane dane CAD na swoje narzędzie analityczne. Często model nie przechodzi w 100% „czysto”, więc musi wykonać pewne czyszczenie przed ustawieniem analizy CFD.

Wreszcie, SOLIDWORKS Flow Simulation dzieli się znanym przepływem pracy, menu i filozofią produktu z SolidWorks, zmniejszając krzywą uczenia dla inżynierów mechaników.

Kolejną ważną zaletą SOLIDWORKS Flow Simulation jest podejście oprogramowania do tworzenia siatki. Meshing może być jednym z najbardziej czasochłonnych aspektów symulacji. Aby przeprowadzić analizę CFD, należy utworzyć siatkę, w której obszar płynu jest dyskretyzowany w komórkach, w których rozwiązywana jest interesująca zmienna (ciśnienie, prędkość). SolidWorks Flow Simulation używa tego, co nazywamy „prostokątną siatką adaptacyjną”, w której jest obszar płynu i obszar bryły. Siatka jest automatycznie ulepszana zgodnie z geometrią, a także zmiennymi fizycznymi, za pomocą technologii adaptacyjnego tworzenia siatki. Zaletą tego sposobu tworzenia siatki jest to, że wymaga znacznie mniejszej wiedzy użytkownika, aby wygenerować dobrą siatkę, która zapewni dokładne wyniki w odpowiednim czasie.

Kolejną kluczową technologią jest sposób, w jaki SOLIDWORKS Flow Simulation obsługuje analizę wariantów projektu. Wiąże się to z pierwszą zaletą, którą omówiliśmy – integracją z SolidWorks i działaniom bezpośrednio na sparametryzowanym modelu 3D CAD. Tak więc po przeprowadzeniu analizy SOLIDWORKS Flow Simulation, jeśli chcesz dokonać zmiany projektu i przetestować nowy pomysł, aby zobaczyć wpływ na wyniki, masz bezpośredni dostęp do parametrów modelu. Łatwo jest zmienić wymiar i ponownie uruchomić analizę. Ponadto SolidWorks Flow Simulation w pełni obsługuje konfiguracje SolidWorks, dzięki czemu użytkownicy mogą przetestować wiele przypadków „Co jeśli” i uzyskać większą szansę na szybkie osiągnięcie optymalnego projektu. Badanie parametryczne umożliwia również inżynierom testowanie zmian parametrów wejściowych i geometrycznych CFD i łatwe porównywanie ich wydajności.

Kolejną technologią, o której chciałbym porozmawiać, jest rozwiązanie Automatycznej Konwergencji zaimplementowane w SOLIDWORKS Flow Simulation. Nie ma nic bardziej obciążającego niż konfigurowanie sesji analitycznej i powracanie godzin później, aby stwierdzić, że oprogramowanie nie zapewniło rozwiązania z powodu numerycznych problemów zbieżności. Dzięki SolidWorks Flow Simulation uzyskasz w czasie rzeczywistym informacje zwrotne na temat postępu rozwiązania, takie jak zbieżność rozwiązania. Najnowocześniejsze metody numeryczne w SolidWorks Flow zapewniają terminowe uzyskiwanie wyników.

W tradycyjnym narzędziu CFD użytkownik często musi określić reżim przepływu dla analizy (laminarny czy turbulentny), co nie jest oczywiste. SolidWorks Flow Simulation nie wymaga określonych danych użytkownika, aby symulować charakterystykę przepływu przejściowego, ponieważ obsługuje reżimy przepływu laminarnego, przejściowego i turbulentnego – wszystko odbywa się automatycznie i w tym samym modelu. Dlatego nie musisz się martwić o identyfikację, kiedy i gdzie właściwości przepływu zmieniają się w modelu. SolidWorks Flow Simulation zrobi to automatycznie za pomocą modelu Unique Transitional Turbulence k – ɛ.

Kolejną kluczową technologią jest sposób, w jaki SOLIDWORKS Flow Simulation obsługuje warstwę graniczną z niezależnym od siatki modelowaniem przyściennym. Technologia ta umożliwia symulację zjawiska warstwy granicznej dla efektów przepływu płynu i wymiany ciepła bez potrzeby projektowania siatki lub wiele czasu na rozwiązanie problemu.

Kolejna zaleta SOLIDWORKS Flow Simulation polega na przedstawieniu interfejsu użytkownika:

Łatwy w użyciu kreator zapewniający konfigurację modelu z przewodnikiem,

Kompleksowa analiza wyników i możliwości wizualizacji,

Możliwość wyodrębnienia wyników za pomocą popularnych produktów Microsoft® Office, takich jak Excel® lub Word.

W rezultacie otrzymujemy wygodny interfejs, w którym inżynier czuje się swobodnie i będzie w stanie skutecznie przeprowadzić analizę przepływu.

Post: CFD na biurku konstruktora