Guida completa al software di simulazione CFD per principianti

Pubblicato: 2023-07-01

La fluidodinamica computazionale (CFD) è un campo di studio che prevede la simulazione del flusso di fluidi e del trasferimento di calore utilizzando metodi numerici.

Sebbene il concetto stesso sia apparso per la prima volta negli anni '60, ha iniziato ad essere utilizzato da varie industrie non prima degli anni '80. Tuttavia, la sua popolarità è ancora in crescita poiché sempre più aziende iniziano a implementare questa tecnologia nelle loro soluzioni per aumentare la loro efficienza e affidabilità.

Al giorno d'oggi, il software di simulazione CFD viene utilizzato per eseguire simulazioni di trasferimento di fluidi e calore. Lo rende uno strumento fondamentale per ingegneri e scienziati in una vasta gamma di settori.

Questa guida completa fornirà una panoramica del software di fluidodinamica computazionale, comprese le sue caratteristiche, vantaggi e applicazioni.

Dopo aver letto questo articolo, saprai:

Cos'è il software di simulazione CFD,
Quali sono le caratteristiche del software di simulazione CFD,
Quali sono i vantaggi del software CFD,
Quali sono i casi d'uso del software CFD,
Come scegliere il giusto software CFD?

Cos'è il software di simulazione CFD?

Secondo la sua definizione, CFD Simulation Software è un programma per computer che utilizza metodi e algoritmi numerici per simulare flussi di fluidi e correlare ad essi fenomeni fisici in vari ambienti.

Queste simulazioni coinvolgono modelli matematici complessi che simulano il comportamento dei fluidi considerando:

trasferimenti di calore,
turbolenza,
flussi multifase.

Di conseguenza, il software CFD consente a ingegneri e scienziati di analizzare efficacemente il comportamento del flusso dei fluidi e il trasferimento di calore in condizioni diverse. I risultati e le conclusioni di tale analisi possono essere successivamente utilizzati per ottimizzare i progetti e migliorare le prestazioni.

Quali sono le caratteristiche del software di simulazione CFD?

Il miglior software di modellazione CFD dovrebbe sempre includere una serie di funzionalità che consentano agli utenti di creare, simulare e analizzare il flusso dei fluidi e qualsiasi problema che possa sorgere.

Le funzionalità più comuni che il software di fluidodinamica computazionale dovrebbe includere sono:

Modellazione della geometria,
Ingranare,
Configurazione ed esecuzione della simulazione,
Funzionalità di post-elaborazione.

Modellazione della geometria

Questa funzione consente agli utenti di creare o importare modelli 3D di geometrie, che possono essere utilizzati per le simulazioni.

Ingranare

Il meshing CFD si basa sul volume finito che si riferisce al piccolo volume che circonda ogni punto del nodo su una mesh. Quando il software di simulazione CFD include strumenti di meshing, può generare mesh di alta qualità per simulazioni più accurate. Di conseguenza, il software consente agli ingegneri di eseguire analisi più approfondite.

Configurazione ed esecuzione della simulazione

La funzione di configurazione ed esecuzione della simulazione descrive i modelli matematici dei fenomeni fisici e le loro proprietà, nonché i parametri dei risolutori per calcolare la simulazione.

Un software di analisi CFD di alta qualità dovrebbe essere dotato di risolutori per diverse applicazioni, ad esempio:

stato stazionario,
simulazioni transitorie,
flussi turbolenti,
flussi multifase.

Funzionalità di post-elaborazione

Infine, un software CFD di ottima qualità dovrebbe fornire agli utenti funzionalità di post-elaborazione, come strumenti per la visualizzazione e l'analisi dei risultati della simulazione.

Di conseguenza, il software dovrebbe fornire agli utenti la possibilità di visualizzare facilmente i modelli di flusso, le distribuzioni di pressione, i profili di velocità e la distribuzione della temperatura.

Quando si parla di software CFD vale la pena menzionare la GUI di OpenFOAM. È un pacchetto software CFD open source che può essere personalizzato ed esteso per applicazioni specifiche.

Altre caratteristiche che vale la pena considerare

Oltre alle funzionalità di cui sopra, ce ne sono anche alcune minori che dovrebbero essere prese in considerazione quando si sceglie il fornitore di software CFD.

Pertanto, vale la pena verificare anche se il software ha un'interfaccia user-friendly o risorse di elaborazione basate su cloud.

Quali sono i vantaggi del software CFD?

Come puoi vedere, il software di modellazione CFD è dotato di potenti funzionalità che possono aiutare in modo significativo ingegneri e scienziati nel loro lavoro quotidiano.

Tutte le funzionalità di cui sopra rendono il software uno strumento potente per le cose tecniche, ma anche molto vantaggioso per le aziende. Verifichiamo allora quali sono i vantaggi del software di analisi CFD sia per gli utenti che per il management nei vari settori.

Efficacia dei costi

Con tutte le funzionalità sopra elencate, il software di simulazione CFD elimina la necessità di esperimenti e test fisici, che possono essere costosi e richiedere molto tempo.

Invece, le simulazioni possono essere semplicemente eseguite su un computer e analizzate da ingegneri o scienziati. Di conseguenza, il software CFD consente risparmi significativi sui costi elevati che dovrebbero essere sostenuti durante la costruzione e il collaudo dei prototipi.

Flessibilità

L'utilizzo del software CFD consente a ingegneri e scienziati di testare rapidamente diverse iterazioni e condizioni di progettazione senza essere obbligati a costruirle e testarle fisicamente ciascuna.

Di conseguenza, è uno strumento altamente flessibile che può accelerare il processo di creazione dei progetti e renderlo più semplice.

Precisione

Un altro enorme vantaggio dell'implementazione del software di simulazione CFD è l'elevata precisione delle simulazioni di output.

Con questa tecnologia, ingegneri e scienziati sono in grado di fare previsioni accurate sul comportamento del flusso dei fluidi e sul trasferimento di calore in condizioni diverse.

Di conseguenza, l'accuratezza dello strumento consente loro di ottimizzare i progetti e migliorare le prestazioni delle loro soluzioni.

Approfondimenti

Ultimo ma non meno importante, il software di modellazione CFD fornisce agli utenti approfondimenti dettagliati sul comportamento del flusso dei fluidi e sui trasferimenti di calore. Questi possono essere meticolosamente analizzati e utilizzati per:

identificare i problemi e le loro aree di occorrenza e agire su di essi prima che si verifichino,
migliorare i progetti e aumentarne l'efficienza.

Tutto sommato, il software di fluidodinamica computazionale è una soluzione vantaggiosa che sta rivoluzionando il panorama ingegneristico. Controlliamo quando può e deve essere implementato e come le sue funzionalità possono essere utilizzate in vari ambienti.

Quali sono i casi d'uso del software CFD?

Come già accennato, il software CFD può essere utilizzato in un'ampia selezione di settori per vari scopi.

Detto questo, può essere utilizzato in:

Aerospaziale per progettare e ottimizzare aeromobili e veicoli spaziali, inclusi aerodinamica, trasferimento di calore e combustione,
Automotive per ottimizzare la progettazione di componenti del veicolo, come motori, sistemi di scarico, sistemi di raffreddamento e aerodinamica della carrozzeria,
Costruzione per simulare il flusso di fluidi intorno all'edificio, il carico del vento sugli edifici, il comfort del vento e il trasporto della contaminazione,
Energia per progettare e ottimizzare i sistemi energetici, come turbine eoliche, pannelli solari e reattori nucleari,
HVAC per progettare ventilatori e soffianti, condizionamento, riscaldamento, simulare la propagazione del fuoco e del fumo,
Marine per progettare scafi di navi, eliche e sistemi di propulsione e analizzarne la resistenza,
Medico per simulare il flusso sanguigno e altri flussi di fluidi nel corpo, che possono essere utilizzati per progettare dispositivi e trattamenti medici,
Industria di processo per ottimizzare i processi nell'industria di processo, come reazioni chimiche, trasferimento di calore e flusso di fluidi.

Come puoi vedere, i casi d'uso del software CFD sono versatili e possono essere utilizzati per molti scopi diversi. Non solo può aiutare ingegneri e scienziati, ma anche migliorare l'efficienza complessiva e la redditività delle aziende.

Come scegliere il giusto software CFD?

Conoscendo le caratteristiche e i vantaggi del software di modellazione CFD, è giunto il momento di scegliere il fornitore giusto.

A dire il vero, scegliere il giusto software di simulazione CFD è un compito impegnativo. Pertanto, come ultimo passaggio della nostra guida completa, suddividiamo questo processo in passaggi separati. Successivamente puoi utilizzare l'elenco di controllo per scegliere il software giusto per il tuo caso d'uso specifico.

Passaggio 1: definisci i tuoi requisiti.

Prima di acquistare qualsiasi software, incluso il software di modellazione CFD, è fondamentale definire i requisiti.

Solo quando avrai determinato chiaramente le esigenze che lo strumento dovrebbe soddisfare, sarai in grado di confrontare diverse opzioni e scegliere quella più adatta al tuo caso. È quindi consigliabile annotare gli aspetti più cruciali che il software di tua scelta dovrebbe avere prima di procedere con la ricerca.

Quando si tratta di software di modellazione CFD, dovresti principalmente pensare:

quali fenomeni stai cercando di modellare e quali funzionalità deve possedere il software,
quale accuratezza dei risultati della simulazione è necessaria per fornire informazioni utili per il processo di progettazione ingegneristica,
quanto è necessaria la scalabilità del software per gestire i tuoi modelli di varie dimensioni, da piccoli componenti a sistemi complessi.
quale compatibilità è necessaria con l'altro software di ingegneria utilizzato nel processo di progettazione, come il software CAD.

Oltre a questo, puoi anche pensare a quali altre funzionalità sono importanti per te. Forse un'interfaccia user-friendly è una priorità. O forse hai bisogno di ulteriore supporto da parte del fornitore come principiante nel mondo del software CFD.

Dopo aver definito e annotato tutto quanto sopra, puoi procedere al passaggio 2.

Passaggio 2: ricerca le opzioni disponibili.

In effetti, sul mercato sono disponibili numerosi pacchetti di software di simulazione CFD. Ognuno ha i propri punti di forza e di debolezza. Tuttavia, con l'elenco creato nel passaggio 1, è più facile concentrarsi sui fornitori che offrono le funzionalità più cruciali per la tua specifica applicazione.

Pertanto, cerca le opzioni disponibili, ad esempio SimFlow, e confrontale in base alle tue esigenze.

Passaggio 3: prova prima di acquistare.

Dopo aver svolto ricerche approfondite, è giunto il momento di provare il software CFD di tua scelta. Fortunatamente, la maggior parte dei pacchetti software di modellazione CFD offre una versione di prova o demo gratuita, che consente di testare il software e valutarne le prestazioni prima di effettuare l'acquisto.

Vale quindi la pena provare alcuni fornitori di software che hai trovato nella fase di ricerca e verificare quale è il più adatto a te.

Passaggio 4: considera il costo.

Sfortunatamente, il software di simulazione CFD può essere costoso, soprattutto per i pacchetti commerciali. Pertanto, è importante confrontare i limiti di budget con il costo del software. Inoltre, è importante includere anche i costi aggiuntivi, come la formazione e il supporto.

Passaggio 5: valutare il supporto.

Infine, quando si sceglie il giusto software di fluidodinamica computazionale, è necessario valutare anche il supporto tecnico e le risorse. Il software di questo tipo è complesso, quindi valutare la qualità e la disponibilità del supporto è della massima importanza. Di conseguenza, dovresti verificare se il software di tua scelta viene fornito con documentazione dettagliata, forum e assistenza clienti.

Riassumendo, il software di simulazione CFD è uno strumento utile e di alta qualità per ingegneri e scienziati in una vasta gamma di settori. Consente loro di simulare e analizzare il comportamento del flusso del fluido in condizioni diverse, che possono essere utilizzate per ottimizzare i progetti e migliorare le prestazioni.

Ci sono numerosi pacchetti software di analisi CFD disponibili sul mercato, quindi sceglierne uno potrebbe essere difficile. Tuttavia, una volta definiti i requisiti, ricercate le opzioni disponibili e valutato il software in base alle proprie esigenze, si è in grado di scegliere il software di simulazione CFD giusto per il proprio caso d'uso specifico.