Maillage de calcul 3D

Definition

Le maillage de calcul caractérise pour une simulation CFD, les points où les équations de l´écoulement seront résolues. La stabilité du calcul et la qualité des résultats dépendent fortement du type et de la qualité du maillage.

Si l'utilisateur souhaite aussi calculer les températures des solides, alors le maillages doit aussi inclure les parties solides.

 


Maillage structuré avec hexaédres

Maillage non structuré avec tétraédres

Maillage suivant la géométrie

Pour ce type de maillage, les lignes du maillage doivent être placées sur le contour de la géométrie. Pour pouvoir générer le maillage du fluide, il faut d´abord générer le domaine de calcul du fluide, c´est-à-dire le volume situé entre les solides, en quelque sorte le négatif de la géométrie CAD. Ce volume doit être alors divisé en petites entités, que l'on appelle les cellules. Lorsque la qualité du maillage requiert la meilleure qualité, alors un maillage composé uniquement d'hexaèdres est nécessaire. Le domaine de calcul doit être divisé depuis le logiciel CAD ou le logiciel de maillage en blocs plus petits, qui seront eux-mêmes divisés en cellules.
Très développés sont aussi les codes numériques, qui sont basés sur un maillage non structuré, avec des triangles pour éléments de base (en 2D) ou bien des tétraèdres (en 3D).  Le logiciel génère de façon quasi-automatique des cellules qui suivent le contour de la géométrie. Pour des géométries complexes il devient très difficile de générer un maillage de tétraèdres de qualité; si les cellules sont trop tordues ou trop plates elles peuvent empêcher d'obtenir une solution convergente. L'utilisateur doit dans ce cas intervenir et choisir manuellement les paramètres adéquats.
Une combinaison de tétraèdres et d'hexaèdres est aussi possible, voir graphe ci- dessous à gauche.

 


Mélange de maillages structuré et non structuré

   Maillage structuré cartésien         

 


Maillage cartésien

La meilleure alternative au maillage suivant la géométrie est le maillage cartésien.
Les logiciels utilisant ce procédé tel que FloEFD® permettent des algorithmes de calcul plus corrects et plus efficaces. Comme la géométrie est directement immergée dans le maillage,  les lignes de maillage ne peuvent pas être ajustées à une géométrie  non orthogonale.  Lorsque les limites des corps (en anglais “boundaries”) ne coïncident pas avec le maillage, des interpolations sont nécessaires pour compenser le décalage des limites du corps par rapport au maillage. L'algorithme de calcul performant lié à l'utilisation du maillage cartésien demeure conservé.    
Avec cette méthode appelée "Immersed Boundary Method" il est facile de simuler l'écoulement pour des géométries compliquées, car le maillage cartésien peut être généré indépendamment de la géométrie.

rotation et maillage mobile

Le domaine de rotation complet peut être défini grâce à un système de coordonnées tournant; par exemple dans le cas de l’écoulement dans une pompe ou une turbo machine. Le connexion entre le domaine de rotation et l’extérieur se fait par une surface de mélange.   

Une méthode plus précise pour simuler la rotation est le maillage mobile. L’écoulement est calculé de façon instationaire avec la saisie d’incréments de temps; le domaine de rotation change de position à chaque itération. Le temps de calcul est nettement plus long qu’avec la méthode du système de coordonnées tournant. Un maillage mobile est indispensable lorsque l’écoulement est estimé irrégulier le long de la circonférence du fait d’irrégularités de la géométrie; c’est souvent le cas pour les ventilateurs radiaux. La méthode du maillage mobile est disponible avec la plupart des logiciels CFD.     


     Maillage cartésien mobile pour un ventilateur radial  

 

 

 

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