L’ingénierie assistée par ordinateur (IAO) est un outil indispensable pour les ingénieurs qui cherchent à optimiser les performances de leurs conceptions. De l’analyse statique à la modélisation des contraintes en passant par la dynamique des fluides, de nombreux logiciels différents sont disponibles pour analyser le comportement d’une conception et donner un aperçu de la manière dont elle réagira à diverses conditions de fonctionnement. La dynamique des fluides numérique (CFD) est l’un des outils les plus efficaces pour analyser les propriétés aérodynamiques d’une conception. Grâce à la CFD, il est possible de simuler l’écoulement de l’air autour de presque tout objet ou système. Cet article de blog expliquera comment vous pouvez utiliser la CFD dans le cadre de votre prochain projet.
Sommaire
Qu’est-ce que la dynamique des fluides numérique (CFD) ?
La CFD est un logiciel de simulation utilisé pour analyser l’écoulement des fluides. Grâce à la CFD, les ingénieurs peuvent prédire la gamme des pressions et des forces qui agissent sur une conception et optimiser cette dernière pour réduire les effets de la traînée et des turbulences. L’intérêt de la CFD est qu’elle peut être utilisée pour analyser l’écoulement de l’air autour de presque n’importe quelle conception. Cela inclut des formes qu’il serait difficile, voire impossible, de tester avec des expériences physiques en soufflerie. Les modèles CFD peuvent être utilisés pour optimiser les conceptions existantes et pour concevoir de nouveaux dispositifs qui fonctionnent dans des environnements fluides.
Pourquoi utiliser la CFD pour analyser vos conceptions ?
– Prévisibilité – Comme un modèle CFD est une représentation exacte de votre conception, vous pouvez prédire avec précision les forces qui agissent sur votre modèle et déterminer s’il répondra aux exigences de votre conception. Par exemple, vous pouvez utiliser la CFD pour prévoir les forces de portance et de traînée sur un modèle. Ces informations peuvent vous aider à décider du type de conception qui conviendra le mieux à votre application. – Faisabilité – Avant de tenter de fabriquer une conception, vous pouvez utiliser la CFD pour voir si elle est réalisable. Par exemple, si vous souhaitez concevoir un drone à énergie solaire, vous pouvez utiliser la CFD pour voir si la conception est possible. – Réduction des coûts d’essai – De nombreuses entreprises décident d’investir dans des équipements d’essai pour s’assurer que leurs conceptions répondent aux exigences de conception nécessaires. Cependant, les essais nécessitent du temps, de l’argent et des efforts. La CFD peut être utilisée pour analyser une conception avant les essais afin de déterminer si elle répondra aux exigences de conception. Cela vous permettra d’apporter des ajustements à la conception avant d’investir dans les essais.
Comment fonctionne la CFD ?
Il existe plusieurs types de modèles CFD, mais ils utilisent tous la même approche pour résoudre les équations de Navier-Stokes. Les équations de Navier-Stokes décrivent la conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l’énergie d’un fluide se déplaçant dans un tuyau ou dans un espace ouvert. Pour résoudre les équations de Navier-Stokes, il faut calculer les propriétés du fluide à l’entrée du système et les introduire dans les équations. Les équations résolvent ensuite les propriétés du fluide en tous points du système. Vous pouvez utiliser la CFD pour étudier l’écoulement de l’air autour d’une conception. Les modèles CFD utilisent les étapes suivantes pour simuler l’écoulement de l’air autour d’une conception : – Configuration initiale – Avant de commencer la simulation, vous devez configurer votre modèle en définissant la géométrie de votre conception. Vous pouvez utiliser un logiciel de CAO pour concevoir votre modèle et importer la géométrie dans le logiciel CFD. – Définir les conditions aux limites – Ensuite, vous devez sélectionner les conditions aux limites correctes pour votre modèle. Les conditions aux limites définissent l’écoulement entrant et sortant de votre modèle. Les conditions aux limites sont utilisées pour résoudre les équations de Navier-Stokes et modéliser l’écoulement de l’air autour de votre modèle.
Choisissez les bonnes conditions aux limites pour votre simulation.
Les conditions aux limites déterminent comment le fluide entre et sort du modèle. Le fluide qui entre dans le modèle doit correspondre au fluide qui en sort pour que les équations de Navier-Stokes soient satisfaites. Voici quelques exemples de conditions aux limites généralement utilisées dans les simulations CFD : – Vitesse à l’entrée – La vitesse à l’entrée du modèle doit être fixée à zéro. Cela vous permettra de visualiser la distribution de la pression sur votre modèle puisqu’il n’y aura pas de vitesse à l’entrée. – Vitesse à la sortie – Si vous voulez que l’écoulement sorte de votre modèle, vous devez sélectionner une condition limite de vitesse. Vous pouvez également sélectionner une condition limite de pression si vous souhaitez que l’écoulement reste à l’intérieur du modèle. – Pression à l’entrée – Vous pouvez utiliser la condition limite de pression à l’entrée pour visualiser la distribution de la vitesse sur votre modèle. – Pression de sortie – Vous pouvez utiliser la condition limite de pression de sortie pour visualiser la distribution de la pression sur votre modèle.
Utilisez la CFD pour vérifier les fuites d’air dans votre conception.
Les fuites d’air sont un problème sérieux qui peut affecter les performances de vos conceptions. Une fuite d’air se produit lorsque la pression à l’intérieur d’un dispositif est inférieure à la pression à l’extérieur du dispositif. Pour vérifier la présence de fuites d’air dans votre appareil, vous pouvez utiliser un modèle CFD simple. Il vous suffit d’un modèle unidimensionnel (1D) pour visualiser l’air en mouvement le long d’une trajectoire spécifique dans votre appareil. Voici quelques exemples d’applications où vous pouvez utiliser la CFD pour vérifier l’étanchéité de votre appareil : – Conception de systèmes CVC – Lors de la conception de systèmes CVC, vous devez vous assurer qu’il n’y a pas de fuites d’air dans les conduits. Vous pouvez utiliser la CFD pour visualiser le flux d’air à l’intérieur des conduits et identifier les fuites éventuelles. – Analyse du flux d’air – Si vous souhaitez créer une meilleure conception pour un environnement intérieur, vous pouvez utiliser la CFD pour simuler le flux d’air et identifier les points à améliorer. – Détection des fuites d’air – Lors de la fabrication de vos conceptions, vous voulez vous assurer qu’il n’y a pas de fuites d’air. Vous pouvez utiliser la CFD pour vérifier l’absence de fuites d’air dans vos conceptions.
Résumé
Cet article de blog a abordé la manière dont vous pouvez utiliser la CFD pour analyser vos conceptions. Tout d’abord, vous pouvez utiliser la simulation CFD pour prévoir les forces agissant sur votre modèle et déterminer s’il répondra aux exigences de votre conception. Ensuite, vous pouvez utiliser la CFD pour prévoir le flux d’air autour d’un modèle. Enfin, vous pouvez utiliser la CFD pour vérifier les fuites d’air dans votre conception.
