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Cradle CFD – World's leading CFD technology

Mécanique des fluides numérique (CFD)

Utiliser un logiciel de CFD devient l’outil indispensable pour les industriels afin de réduire les coûts de développement tout en permettant aux ingénieurs de prendre en compte plus rapidement des phénomènes physiques réalistes sur des géométries réelles

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Egalement appelé analyse thermo-fluidique, le calcul de dynamique des fluides est un outil de simulation permettant d’analyser les phénomènes thermiques et fluidiques complexes. Ces logiciels de simulation permettent de prédire les performances avant de procéder à des expériences physiques sur des modèles réels. Ces outils peuvent donc être utilisés très tôt dans la phase de conception d’un produit, ainsi qu’aider au choix de concepts préliminaires. La simulation permet également de prédire les performances de produits pour lesquels il est difficile d'effectuer des mesures expérimentales. De plus, les logiciels de simulation CFD peuvent aussi être utilisés pour visualiser des phénomènes invisibles tels que l'écoulement d'un fluide ou un échange thermique. Outre une meilleure compréhension de l'ingénierie, cette méthode représente aussi un vecteur de communication de ces connaissances à des non-experts.

Les divers rôles de la CFD en ingénierie

L'un des principaux objectifs des entreprises orientées produits est de commercialiser rapidement des produits à haute valeur ajoutée répondant aux attentes de leurs clients. En outre, l'un des facteurs de succès des entreprises est l'identification proactive des scénarios d’applications susceptibles d'avoir pour résultat des performances insatisfaisantes, des défaillances de produits et des clients insatisfaits. Ces entreprises cherchent donc à développer des solutions de conception permettant d'atténuer les risques potentiels.

Pour identifier les concepts les plus prometteurs dès le début du processus de conception, il est indispensable d'utiliser un logiciel de CFD dans les premières étapes du développement des produits. La qualité du produit sera améliorée au cours de la phase de conception, en réalisant des études de base des phénomènes fluides et thermiques qui influent directement sur les performances du produit. Au cours de la phase de conception détaillée, les simulations sont menées dans des conditions similaires à ce que subira le produit réel. En étant dès lors mieux à même de comprendre la source des problèmes qui limitent les performances et le bon fonctionnement, les ingénieurs de conception peuvent étudier des conceptions alternatives avant de passer en phase de production.
 

Le logiciel de CFD de MSC Software dispose de nombreuses fonctionnalités spécialisées :

  • État permanent et transitoire
  • Pièces mobiles et rotatives
  • Rayonnement
  • Réactions chimiques
  • Interactions fluide/structure
  • Surface libre
  • Cavitation
  • Fonctions pour turbomachines
  • Fluides compressibles
  • Analyse du bruit aérodynamique
  • Modélisation d'ébullition
  • Solidification/fusion
  • Écoulement multiphasique
  • Humidité et condensation
  • Modèle de film liquide
  • Suivi de particules
  • Modélisation de pertes de charge
  • Simulation par la méthode LES (Large Eddy Simulation)
  • Mappage
  • Modèle de ventilateur
  • Effet Joule
  • Outil de conception de palier à fluide

Dans les différentes industries, la CFD est largement utilisée comme par exemple :

  • Aérospatiale et défense : écoulement subsonique et supersonique, aérodynamique des véhicules, échange thermique conjugué
  • Automobile : climatisation de la cabine, bruits aéro-acoustiques, ballottement des liquides, gaz d'échappement, aérodynamique, refroidissement du moteur, dégivrage, boîte de vitesses
  • Biens de consommation : acoustique, refroidissement passif/actif, casques de vélo
  • Électronique : pièces détachées, analyse thermique de circuit imprimé, refroidissement, analyse de la partie LED
  • Construction navale : acoustique, conception des hélices, études de cavitation
  • Machinerie : grands ventilateurs, turbines à gaz, éoliennes, turbines à vapeur, pompes, machines de lavage, turbocompresseurs




 

L'analyse Multiphasique permet de prendre en compte le phénomène de surface libre entre différents Fluides/Phases. Il est alors possible  de suivre les particules et les fractions de volume de fluide.
Les principales applications faisant appel à l'analyse Multiphasique :

  • Dépôt de particules,
  • Effet des vagues sur les navires,
  • Ballotement dans les réservoirs d'essence.


 

Le maillage discontinu et par recouvrement  autorise diverses méthodes de simulation d'objets en mouvement. Le maillage discontinu permet d'analyser une combinaison de rotation et de translation, par exemple une pompe à piston, ou les forces de cisaillement lors de l'application d'un frein à disque. Le maillage par recouvrement  intègre un maillage fixe et mobile. Cette approche permet de simuler des applications impliquant la déformation, la rotation ou plusieurs zones mobiles. Une pompe à engrenages, ou encore l'ouverture et la fermeture d'une soupape d'admission d'un moteur sont de bons exemples d'application du maillage recouvrant.
 



 

Il est possible d'effectuer des simulations de flux supersonique et de phases d'expansion/contraction d'un volume à l'aide d'un solveur basé sur la pression ou la densité. Un solveur basé sur la densité assure la stabilité des calculs durant les simulations sous un nombre de Mach élevé. Le choix de l'un de ces deux types de solveur pour l'analyse dépend de l'objectif de la simulation.

 

La CFD permet d'étudier les trois modes de transfert de chaleur. Outre la convection naturelle et forcée, le rayonnement peut être résolu en utilisant la méthode du facteur de flux ou de forme. Le facteur de forme permet d'étudier la réflexion, la transmission et la réfraction. L'ébullition d'un fluide peut être prédite en tenant compte du coefficient d'ébullition nucléée.

 

Il est possible de prédire le son provoqué par les résonances ou par les variations de pression d'un fluide, par exemple le bruit du vent, en utilisant la simulation par la méthode LES (Large Eddy Simulation) et un modèle d'écoulement compressible faible. Le logiciel permet d'effectuer des calculs de transformée de Fourier rapide pour prédire la fréquence du bruit

 

À partir des résultats de simulations antérieures, il est possible d'utiliser Optimus for Cradle pour rechercher une conception optimale. Il est possible de prendre en compte diverses variables de conception et plusieurs objectifs de conception en utilisant un algorithme génétique

 

De l'importation à la création d'un rapport en passant par la modification de la géométrie, la création du maillage et l'exécution de la simulation, tous les aspects du logiciel de CFD de MSC Software peuvent être automatisés en Visual Basic.

 

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