Programme de calcul 3D

Modèle de turbulence

Large Eddy Simulation
La LES est la résolution complète des équations instationnaires de Navier-Stockes. Elle requiert une grande puissance de calcul, généralement utilisée pour l’aérodynamique des avions et des voitures.

k-ε modèle de turbulence
en combinaison avec la loi logarithmique il représente l’approximation standard. Un gros maillage est suffisant; cependant le transfert thermique dû à la convection est systématiquement sous-estimé.

SST k-ω, modèle de turbulence pour faibles Reynolds
La formulation SST est plus précise en ce qui concerne les profils près de la paroi, le transfert thermique et les tourbillons. Un maillage très fin, de haute qualité est requis près des parois. Pour des géométries complexes, la génération du maillage est ardue et le temps de calcul particulièrement long.

Programmes pour maillage suivant la géometrie

Les logiciels CFX®, Fluent® et STAR-CCM® sont les plus courants, ils sont divers, ils peuvent être utilisés pour la plupart des applications et ils offrent plusieurs modèles de turbulence. La génération d'un maillage suivant la géométrie est l'opération la plus coûteuse en temps de tout le processus. Les géométries simples peuvent être maillées entièrement avec des hexaèdres. Pour les géométries complexes il est conseillé d’utiliser des hexaèdres près des parois et des tétraèdres dans les autres régions.

Les utilisateurs intensifs de CFD tels que les développeurs de turbines à vapeur ou à gaz préfèrent utiliser leurs propres programmes car les logiciels généraux se révelent innadapter pour l'analyse de géométries compliquées, pour les délais courts ainsi que pour un nouveau design.
Un ingénieur CFD connaît souvent plusieurs logiciels; selon les champs d'application et les coûts de ses programmes, il devrait choisir le plus adapté aux besoins du projet.

Programmes pour maillage Cartésien

FloEFD®, développé par la société Mentor Graphics, est un logiciel CFD qui combine la génération d'un maillage cartésien et le calcul de l'écoulement. La version de base de FloEFD est intégrée dans l'environnement CAD de Solidworks®; d'autres versions sont proposées, intégrées dans CATIA.v5, Siemens NX, Solid Edge, Inventor ou Creo.
FloEFD peut travailler avec des géométries CAD de mauvaise qualité, par exemple deux "parts" qui interférent entre eux. Grâce à l'intégration au système CAD et à la suppression de l'étape génération de maillage il est possible pour des dessinateurs et des ingénieurs sans connaissance avancée de la CFD de se former très rapidement.
La simulation rapide d'un ventilateur est particulièrement utile, pour cela il faudra simplement donner la courbe de dépendance du débit massique avec la pression, le diamètre interne et externe ainsi que la vitesse de rotation.

L'interpolation du maillage sur les surfaces s'effectue par le biais de cellules coupées; il est prouvé que les imprécisions dues à l'interpolation diminuent très rapidement lorsque l'on raffine le maillage. FloEFD offre uniquement le modèle de turbulence k- ε avec des approximations pour le profil de vitesse proche de la paroi dérivée de Van-Driest; pour cela il est différencié entre une couche limite fine et une couche limite épaisse. Le profil de Van-Driest est un moyen courant pour l'approximation de la couche limite qui devrait satisfaire l'utilisateur courant.

Programmes MultiPhysique

COMSOL® est le logiciel qui permet de calculer ensemble l'électromagnétisme, le transfert thermique, l'écoulement, l'acoustique et la mécanique. Les utilisateurs plébiscitent la multiphysique, cependant pour ce faire ils doivent se contenter d'un gros maillage non structuré de tétraèdres; cela ne permet pas d'apporter une précision suffisante des résultats.

 

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Vous verrez:  - ce que signifie calculer au niveau de l'armoire, - l'évaluation du point de fonctionnement d'un ventilateur, -l'estimation de la thermique sans pour autant calculer le transfert thermique.  

 

News:
Article sur E-Cooling en mai 2017
periodical Engineering Edge
(article pages 18 et 19)

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