Guía completa del software de simulación CFD para principiantes
Publicado: 2023-07-01La dinámica de fluidos computacional (CFD) es un campo de estudio que consiste en simular el flujo de fluidos y la transferencia de calor mediante métodos numéricos.
Aunque el concepto en sí apareció por primera vez en la década de 1960, comenzó a ser utilizado por varias industrias no antes de la década de 1980. Sin embargo, su popularidad sigue creciendo a medida que más y más empresas comienzan a implementar esta tecnología en sus soluciones para aumentar su eficiencia y confiabilidad.
Actualmente, el software de simulación CFD se utiliza para realizar simulaciones de transferencia de calor y fluidos. Lo convierte en una herramienta crítica para ingenieros y científicos en una amplia gama de industrias.
Esta guía completa proporcionará una descripción general del software de dinámica de fluidos computacional, incluidas sus características, beneficios y aplicaciones.
Una vez que leas este artículo, sabrás:
- ¿Qué es el software de simulación CFD?
- ¿Cuáles son las características del software de simulación CFD,
- ¿Cuáles son los beneficios del software CFD,
- ¿Cuáles son los casos de uso del software CFD,
- ¿Cómo elegir el software CFD adecuado?
¿Qué es el software de simulación CFD?
Según su definición, el software de simulación CFD es un programa informático que utiliza métodos numéricos y algoritmos para simular flujos de fluidos y relacionarlos con fenómenos físicos en diversos entornos.
Estas simulaciones involucran modelos matemáticos complejos que simulan el comportamiento de los fluidos considerando:
- transferencias de calor,
- turbulencia,
- flujos multifásicos.
Como resultado, el software CFD permite a los ingenieros y científicos analizar de forma eficaz el comportamiento del flujo de fluidos y la transferencia de calor en diferentes condiciones. Los resultados y las conclusiones de dicho análisis se pueden utilizar posteriormente para optimizar los diseños y mejorar el rendimiento.
¿Cuáles son las características del software de simulación CFD?
El mejor software de modelado de CFD siempre debe incluir una gama de características que permitan a los usuarios crear, simular y analizar el flujo de fluidos y cualquier problema que pueda surgir.
Las características más comunes que debe incluir un software de dinámica de fluidos computacional son:
- modelado de geometría,
- malla,
- Configuración y ejecución de la simulación,
- Funciones de posprocesamiento.
Modelado de geometría
Esta característica permite a los usuarios crear o importar modelos 3D de geometrías, que pueden usarse para simulaciones.
mallado
La malla CFD se basa en un volumen finito que se refiere al pequeño volumen que rodea cada punto de nodo en una malla. Cuando el software de simulación CFD incluye herramientas de mallado, puede generar mallas de alta calidad para simulaciones más precisas. Como resultado, el software permite a los ingenieros realizar un análisis más exhaustivo.
Configuración y ejecución de la simulación
La función de configuración y ejecución de la simulación describe los modelos matemáticos de los fenómenos físicos y sus propiedades, y los parámetros de los solucionadores para calcular la simulación.
Un software de análisis CFD de alta calidad debería venir con solucionadores para diferentes aplicaciones, por ejemplo:
- estado estable,
- simulaciones transitorias,
- flujos turbulentos,
- flujos multifásicos.
Funciones de posprocesamiento
Finalmente, el software CFD de buena calidad debe proporcionar a los usuarios funciones de posprocesamiento, como herramientas para visualizar y analizar los resultados de la simulación.
Como resultado, el software debería proporcionar a los usuarios la capacidad de visualizar fácilmente patrones de flujo, distribuciones de presión, perfiles de velocidad y distribución de temperatura.
Cuando se habla de software CFD, vale la pena mencionar la GUI de OpenFOAM. Es un paquete de software CFD de código abierto que se puede personalizar y ampliar para aplicaciones específicas.
Otras características que vale la pena considerar
Además de las características anteriores, también hay algunas menores que también deben tenerse en cuenta al elegir el proveedor de software CFD.
Por lo tanto, vale la pena verificar también si el software tiene una interfaz fácil de usar o recursos informáticos basados en la nube.
¿Cuáles son los beneficios del software CFD?
Como puede ver, el software de modelado CFD está equipado con potentes funciones que pueden ayudar significativamente a los ingenieros y científicos en su trabajo diario.
Todas las características anteriores hacen que el software sea una herramienta poderosa para cuestiones técnicas, pero también muy beneficiosa para las empresas. Veamos entonces cuáles son los beneficios del software de análisis CFD tanto para los usuarios como para la administración en varias industrias.
Rentabilidad
Con todas las funciones enumeradas anteriormente, el software de simulación CFD elimina la necesidad de experimentos físicos y pruebas, que pueden ser costosos y lentos.
En cambio, las simulaciones pueden ejecutarse simplemente en una computadora y ser analizadas por ingenieros o científicos. Como resultado, el software CFD permite ahorros significativos en los altos costos en los que habría que incurrir al construir y probar prototipos.
Flexibilidad
El uso del software CFD permite a los ingenieros y científicos probar rápidamente diferentes iteraciones y condiciones de diseño sin estar obligados a construir y probar físicamente cada una.
Como resultado, es una herramienta altamente flexible que puede acelerar el proceso de creación de diseños y hacerlo más fácil.
Exactitud
Otro gran beneficio de implementar el software de simulación CFD es la alta precisión de las simulaciones de salida.
Con esta tecnología, los ingenieros y científicos pueden hacer predicciones precisas sobre el comportamiento del flujo de fluidos y la transferencia de calor en diferentes condiciones.
En consecuencia, la precisión de la herramienta les permite optimizar los diseños y mejorar el rendimiento de sus soluciones.
Perspectivas
Por último, pero no menos importante, el software de modelado CFD brinda a los usuarios información detallada sobre el comportamiento del flujo de fluidos y las transferencias de calor. Estos pueden ser meticulosamente analizados y utilizados para:
- identificar problemas y sus áreas de ocurrencia y actuar sobre ellos antes de que ocurran,
- mejorar los diseños y aumentar su eficiencia.
Con todo, el software de dinámica de fluidos computacional es una solución beneficiosa que está revolucionando el panorama de la ingeniería. Veamos cuándo puede y debe implementarse y cómo se pueden usar sus características en varios entornos.
¿Cuáles son los casos de uso del software CFD?
Como ya se mencionó, el software CFD se puede utilizar en una amplia selección de industrias para diversos fines.
Dicho esto, se puede utilizar en:
- Aeroespacial para diseñar y optimizar aeronaves y naves espaciales, incluida la aerodinámica, la transferencia de calor y la combustión,
- Automoción para optimizar el diseño de componentes de vehículos, como motores, sistemas de escape, sistemas de refrigeración y aerodinámica de carrocerías de automóviles,
- Construcción para simular el flujo de fluidos alrededor del edificio, la carga del viento en los edificios, el confort del viento y el transporte de contaminación,
- Energía para diseñar y optimizar sistemas de energía, como turbinas eólicas, paneles solares y reactores nucleares,
- HVAC para diseñar ventiladores y sopladores, aire acondicionado, calefacción, simular incendios y propagación de humo,
- Marine para diseñar cascos de barcos, hélices y sistemas de propulsión, y analizar su resistencia,
- Medical para simular el flujo sanguíneo y otros flujos de fluidos en el cuerpo, que pueden usarse para diseñar dispositivos y tratamientos médicos,
- Industria de procesos para optimizar procesos en la industria de procesos, como reacciones químicas, transferencia de calor y flujo de fluidos.
Como puede ver, los casos de uso del software CFD son versátiles y se pueden usar para muchos propósitos diferentes. No solo puede ayudar a los ingenieros y científicos, sino también a mejorar la eficiencia y la rentabilidad generales de las empresas.
¿Cómo elegir el software CFD adecuado?
Conociendo las características y los beneficios del software de modelado CFD, ya es hora de elegir el proveedor adecuado.
A decir verdad, elegir el software de simulación CFD correcto es una tarea desafiante. Por lo tanto, como último paso de nuestra guía completa, dividamos este proceso en pasos separados. Más tarde, puede usar la lista de verificación para elegir el software adecuado para su caso de uso específico.
Paso 1: Defina sus requisitos.
Antes de comprar cualquier software, incluido el software de modelado CFD, es crucial definir sus requisitos.
Solo cuando determines claramente las necesidades que debe cumplir la herramienta podrás comparar diferentes opciones y elegir la que más se adecue a tu caso. Entonces es recomendable anotar los aspectos más cruciales que debe tener el software de su elección antes de continuar con la investigación.
Cuando se trata de software de modelado CFD, debe pensar principalmente:
- qué fenómenos está buscando modelar y qué funcionalidades debe poseer el software,
- qué precisión de los resultados de la simulación necesita para entregar información útil para el proceso de diseño de ingeniería,
- qué tan alta es la escalabilidad del software que se necesita para manejar sus modelos de diferentes tamaños, desde pequeños componentes hasta sistemas complejos.
- qué compatibilidad se necesita con el otro software de ingeniería utilizado en el proceso de diseño, como el software CAD.
Aparte de esto, también puede pensar en qué otras características son importantes para usted. Tal vez una interfaz fácil de usar sea una prioridad. O tal vez necesite soporte adicional del proveedor como novato en el mundo del software CFD.
Una vez que haya definido y anotado todo lo anterior, puede continuar con el paso 2.
Paso 2: Investigue las opciones disponibles.
De hecho, existen numerosos paquetes de software de simulación CFD disponibles en el mercado. Cada uno viene con sus propias fortalezas y debilidades. Sin embargo, con la lista creada en el paso 1, es más fácil concentrarse en los proveedores que brindan las características más importantes para su aplicación específica.
Por lo tanto, investigue las opciones disponibles, por ejemplo, SimFlow, y compárelas según sus requisitos.
Paso 3: Pruebe antes de comprar.
Una vez que haya realizado una investigación exhaustiva, es hora de probar el software CFD de su elección. Afortunadamente, la mayoría de los paquetes de software de modelado de CFD ofrecen una versión de prueba o demostración gratuita, que le permite probar el software y evaluar su rendimiento antes de realizar la compra.
Entonces vale la pena probar algunos proveedores de software que haya encontrado en el paso de investigación y verificar cuál es el más adecuado para usted.
Paso 4: Considere el costo.
Desafortunadamente, el software de simulación CFD puede ser costoso, especialmente para paquetes comerciales. Por lo tanto, es importante confrontar las limitaciones de su presupuesto con el costo del software. Además, es importante incluir también costos adicionales, como capacitación y soporte.
Paso 5: Evaluar el apoyo.
Finalmente, al elegir el software de dinámica de fluidos computacional adecuado, también debe evaluar el soporte técnico y los recursos. El software de este tipo es complejo, por lo que evaluar la calidad y disponibilidad del soporte es de suma importancia. Como resultado, debe verificar si el software de su elección viene con documentación detallada, foros y atención al cliente.
En resumen, el software de simulación CFD es una herramienta útil y de alta calidad para ingenieros y científicos en una amplia gama de industrias. Les permite simular y analizar el comportamiento del flujo de fluidos en diferentes condiciones, lo que se puede utilizar para optimizar los diseños y mejorar el rendimiento.
Existen numerosos paquetes de software de análisis de CFD disponibles en el mercado, por lo que elegir uno puede ser un desafío. Sin embargo, una vez que defina sus requisitos, investigue las opciones disponibles y evalúe el software según sus necesidades, podrá elegir el software de simulación CFD adecuado para su caso de uso específico.