Guide complet du logiciel de simulation CFD pour les débutants

La dynamique des fluides computationnelle (CFD) est un domaine d'étude qui consiste à simuler l'écoulement des fluides et le transfert de chaleur à l'aide de méthodes numériques.

Bien que le concept lui-même soit apparu pour la première fois dans les années 1960, il a commencé à être utilisé par diverses industries dès les années 1980. Néanmoins, sa popularité ne cesse de croître car de plus en plus d'entreprises commencent à implémenter cette technologie dans leurs solutions pour augmenter leur efficacité et leur fiabilité.

De nos jours, le logiciel de simulation CFD est utilisé pour effectuer des simulations de transfert de fluide et de chaleur. Cela en fait un outil essentiel pour les ingénieurs et les scientifiques dans un large éventail d'industries.

Ce guide complet fournira un aperçu du logiciel de dynamique des fluides computationnelle, y compris ses fonctionnalités, ses avantages et ses applications.

Une fois que vous aurez lu cet article, vous saurez :

• Qu'est-ce qu'un logiciel de simulation CFD,
• Quelles sont les fonctionnalités du logiciel de simulation CFD,
• Quels sont les avantages du logiciel CFD,
• Quels sont les cas d'utilisation du logiciel CFD,
• Comment choisir le bon logiciel CFD ?

Qu'est-ce qu'un logiciel de simulation CFD ?

Selon sa définition, le logiciel de simulation CFD est un programme informatique qui utilise des méthodes numériques et des algorithmes pour simuler des écoulements de fluides et y associer des phénomènes physiques dans divers environnements.

Ces simulations font appel à des modèles mathématiques complexes qui simulent le comportement des fluides en considérant :

• transferts de chaleur,
• turbulence,
• écoulements polyphasiques.

En conséquence, le logiciel CFD permet aux ingénieurs et aux scientifiques d'analyser efficacement le comportement d'écoulement des fluides et le transfert de chaleur dans différentes conditions. Les résultats et les conclusions d'une telle analyse peuvent être utilisés ultérieurement pour optimiser les conceptions et améliorer les performances.

Quelles sont les fonctionnalités du logiciel de simulation CFD ?

Le meilleur logiciel de modélisation CFD doit toujours impliquer une gamme de fonctionnalités permettant aux utilisateurs de créer, simuler et analyser l'écoulement des fluides et tout problème pouvant survenir.

Les fonctionnalités les plus courantes que le logiciel de dynamique des fluides computationnelle devrait inclure sont :

• Modélisation géométrique,
• Maillage,
• Configuration et exécution de la simulation,
• Fonctionnalités de post-traitement.

Modélisation géométrique

Cette fonctionnalité permet aux utilisateurs de créer ou d'importer des modèles 3D de géométries, qui peuvent être utilisés pour des simulations.

Maillage

Le maillage CFD est basé sur un volume fini qui fait référence au petit volume entourant chaque point de nœud sur un maillage. Lorsque le logiciel de simulation CFD inclut des outils de maillage, il peut générer des maillages de haute qualité pour des simulations plus précises. En conséquence, le logiciel permet aux ingénieurs de faire une analyse plus approfondie.

Configuration et exécution de la simulation

La fonction de configuration et d'exécution de la simulation décrit les modèles mathématiques des phénomènes physiques et leurs propriétés, ainsi que les paramètres des solveurs pour calculer la simulation.

Un logiciel d'analyse CFD de haute qualité doit être fourni avec des solveurs pour différentes applications, par exemple :

• régime permanent,
• simulations transitoires,
• flux turbulents,
• écoulements polyphasiques.

Fonctionnalités de post-traitement

Enfin, un logiciel CFD de bonne qualité devrait fournir aux utilisateurs des fonctionnalités de post-traitement, telles que des outils de visualisation et d'analyse des résultats de simulation.

En conséquence, le logiciel devrait fournir aux utilisateurs la possibilité de visualiser facilement les modèles d'écoulement, les distributions de pression, les profils de vitesse et la distribution de température.

En parlant de logiciel CFD, il convient de mentionner l'interface graphique OpenFOAM. Il s'agit d'un progiciel CFD open source qui peut être personnalisé et étendu pour des applications spécifiques.

Autres fonctionnalités à considérer

Outre les fonctionnalités ci-dessus, il existe également quelques fonctionnalités mineures qui doivent également être prises en considération lors du choix du fournisseur de logiciels CFD.

Par conséquent, il vaut la peine de vérifier également si le logiciel dispose d'une interface conviviale ou de ressources informatiques basées sur le cloud.

Quels sont les avantages du logiciel CFD ?

Comme vous pouvez le constater, le logiciel de modélisation CFD est doté de fonctionnalités puissantes qui peuvent considérablement aider les ingénieurs et les scientifiques dans leur travail quotidien.

Toutes les fonctionnalités ci-dessus font du logiciel un outil puissant pour les tâches techniques, mais également très bénéfique pour les entreprises. Voyons ensuite quels sont les avantages du logiciel d'analyse CFD à la fois pour les utilisateurs et la direction dans diverses industries.

Rentabilité

Avec toutes les fonctionnalités énumérées ci-dessus, le logiciel de simulation CFD élimine le besoin d'expériences et de tests physiques, qui peuvent être coûteux et prendre du temps.

Au lieu de cela, les simulations peuvent être simplement exécutées sur un ordinateur et analysées par des ingénieurs ou des scientifiques. En conséquence, le logiciel CFD permet de réaliser des économies importantes sur les coûts élevés qui devraient être encourus lors de la construction et des tests de prototypes.

La flexibilité

L'utilisation du logiciel CFD permet aux ingénieurs et aux scientifiques de tester rapidement différentes itérations et conditions de conception sans être obligés de les construire et de les tester physiquement.

En conséquence, il s'agit d'un outil très flexible qui peut accélérer et faciliter le processus de création de conceptions.

Précision

Un autre énorme avantage de la mise en œuvre du logiciel de simulation CFD est la grande précision des simulations de sortie.

Grâce à cette technologie, les ingénieurs et les scientifiques sont en mesure de faire des prédictions précises sur le comportement de l'écoulement des fluides et le transfert de chaleur dans différentes conditions.

Par conséquent, la précision de l'outil leur permet d'optimiser les conceptions et d'améliorer les performances de leurs solutions.

Connaissances

Enfin, le logiciel de modélisation CFD fournit aux utilisateurs des informations détaillées sur le comportement de l'écoulement des fluides et les transferts de chaleur. Ceux-ci peuvent être méticuleusement analysés et utilisés pour :

• identifier les problèmes et leurs zones d'occurrence et agir en conséquence avant qu'ils ne surviennent,
• améliorer les conceptions et augmenter leur efficacité.

Dans l'ensemble, le logiciel Computational Fluid Dynamics est une solution bénéfique qui révolutionne le paysage de l'ingénierie. Vérifions quand il peut et doit être implémenté et comment ses fonctionnalités peuvent être utilisées dans divers environnements.

Quels sont les cas d'utilisation du logiciel CFD ?

Comme déjà mentionné, le logiciel CFD peut être utilisé dans une large sélection d'industries à des fins diverses.

Cela étant dit, il peut être utilisé dans :

• Aéronautique pour concevoir et optimiser des avions et des engins spatiaux, y compris l'aérodynamique, le transfert de chaleur et la combustion,
• Automobile pour optimiser la conception des composants du véhicule, tels que les moteurs, les systèmes d'échappement, les systèmes de refroidissement et l'aérodynamique de la carrosserie,
• Construction pour simuler l'écoulement des fluides autour du bâtiment, la charge du vent sur les bâtiments, le confort du vent et le transport de la contamination,
• Énergie pour concevoir et optimiser les systèmes énergétiques, tels que les éoliennes, les panneaux solaires et les réacteurs nucléaires,
• HVAC pour concevoir des ventilateurs et soufflantes, climatisation, chauffage, simuler la propagation du feu et de la fumée,
• Marine pour concevoir des coques de navires, des hélices et des systèmes de propulsion et analyser leur résistance,
• Médical pour simuler le flux sanguin et d'autres flux de fluides dans le corps, qui peuvent être utilisés pour concevoir des dispositifs médicaux et des traitements,
• Industrie de transformation pour optimiser les processus de l'industrie de transformation, tels que les réactions chimiques, le transfert de chaleur et l'écoulement des fluides.

Comme vous pouvez le constater, les cas d'utilisation du logiciel CFD sont polyvalents et peuvent être utilisés à de nombreuses fins différentes. Cela peut non seulement aider les ingénieurs et les scientifiques, mais aussi améliorer l'efficacité et la rentabilité globales des entreprises.

Comment choisir le bon logiciel CFD ?

Connaissant les fonctionnalités et les avantages du logiciel de modélisation CFD, il est grand temps de choisir le bon fournisseur.

À vrai dire, choisir le bon logiciel de simulation CFD est une tâche difficile. Par conséquent, comme dernière étape de notre guide complet, divisons ce processus en étapes distinctes. Vous pouvez ensuite utiliser la liste de contrôle pour choisir le bon logiciel pour votre cas d'utilisation spécifique.

Étape 1 : Définissez vos besoins.

Avant d'acheter un logiciel, y compris un logiciel de modélisation CFD, il est crucial de définir vos besoins.

Ce n'est que lorsque vous aurez clairement déterminé les besoins auxquels l'outil doit répondre que vous pourrez comparer différentes options et choisir celle qui conviendra le mieux à votre cas. Il est alors conseillé de noter les aspects les plus cruciaux que le logiciel de votre choix devrait avoir avant de procéder à la recherche.

En ce qui concerne le logiciel de modélisation CFD, vous devez avant tout penser :

• quels phénomènes cherchez-vous à modéliser, et quelles fonctionnalités le logiciel doit-il posséder,
• quelle précision des résultats de simulation avez-vous besoin pour fournir des informations utiles pour le processus de conception technique,
• à quel point l'évolutivité du logiciel est nécessaire pour gérer vos modèles de différentes tailles, des petits composants aux systèmes complexes.
• quelle compatibilité est nécessaire avec les autres logiciels d'ingénierie utilisés dans le processus de conception, tels que les logiciels de CAO.

En dehors de cela, vous pouvez également réfléchir aux autres fonctionnalités qui sont importantes pour vous. Peut-être qu'une interface conviviale est une priorité. Ou peut-être avez-vous besoin d'une assistance supplémentaire de la part du fournisseur en tant que débutant dans le monde des logiciels CFD.

Une fois que vous avez défini et noté tous les éléments ci-dessus, vous pouvez passer à l'étape 2.

Étape 2 : Recherchez les options disponibles.

En fait, il existe de nombreux progiciels de simulation CFD disponibles sur le marché. Chacun vient avec ses propres forces et faiblesses. Néanmoins, avec la liste créée à l'étape 1, il est plus facile de se concentrer sur les fournisseurs qui offrent les fonctionnalités les plus cruciales pour votre application spécifique.

Par conséquent, recherchez les options disponibles, par exemple, SimFlow, et comparez-les en fonction de vos besoins.

Étape 3 : Essayez avant d'acheter.

Une fois que vous avez fait des recherches approfondies, il est grand temps d'essayer le logiciel CFD de votre choix. Heureusement, la plupart des packages de logiciels de modélisation CFD offrent une version d'essai ou de démonstration gratuite, qui vous permet de tester le logiciel et d'évaluer ses performances avant d'effectuer l'achat.

Il vaut alors la peine d'essayer quelques fournisseurs de logiciels que vous avez trouvés lors de l'étape de recherche et de vérifier lequel vous convient le mieux.

Étape 4 : Considérez le coût.

Malheureusement, le logiciel de simulation CFD peut être coûteux, en particulier pour les packages commerciaux. Il est donc important de confronter vos contraintes budgétaires au coût du logiciel. De plus, il est important d'inclure également les coûts supplémentaires, tels que la formation et l'assistance.

Étape 5 : Évaluer le support.

Enfin, lorsque vous choisissez le bon logiciel de dynamique des fluides computationnelle, vous devez également évaluer le support technique et les ressources. Les logiciels de ce type sont complexes, il est donc primordial d'évaluer la qualité et la disponibilité de l'assistance. Par conséquent, vous devez vérifier si le logiciel de votre choix est fourni avec une documentation détaillée, des forums et un support client.

En résumé, le logiciel de simulation CFD est un outil utile et de haute qualité pour les ingénieurs et les scientifiques dans un large éventail d'industries. Il leur permet de simuler et d'analyser le comportement de l'écoulement des fluides dans différentes conditions, ce qui peut être utilisé pour optimiser les conceptions et améliorer les performances.

Il existe de nombreux progiciels d'analyse CFD disponibles sur le marché, il peut donc être difficile d'en choisir un. Néanmoins, une fois que vous avez défini vos besoins, recherché les options disponibles et évalué le logiciel en fonction de vos besoins, vous êtes en mesure de choisir le bon logiciel de simulation CFD pour votre cas d'utilisation spécifique.