Dans ce deuxième article consacré à la Dynamique des Fluides Numérique (CFD), nous verrons un exemple simple pour illustrer la méthode de travail et les concepts fondamentaux de ce type de simulations. Nous utiliserons le solveur Acusolve avec son pré-processeur Hyperworks CFD.
L’étude de cas porte sur un coude de mélange. Nous avons une entrée principale d’eau froide, à laquelle un flux à température plus élevée est ajouté en bas. Nous voulons étudier le comportement dynamique et thermique de l’écoulement, pour lequel nous obtiendrons le champ de vitesse et le champ de température. Les dimensions et les conditions d’entrée des flux sont indiquées sur l’image.
Les étapes à suivre pour cet exemple, comme pour la plupart des simulations CFD, sont les suivantes :
Prétraitement avec Hyperworks CFD
- Préparation de la géométrie : la géométrie pour ce cas peut être créée directement à partir de l’interface CFD d’Hyperworks ou importée d’un logiciel de CAO avec un simple post-traitement dans le logiciel.
- Définition de la physique du problème : Nous avons choisi une analyse stationnaire prenant en compte le transfert de chaleur, avec un écoulement incompressible (liquide) et un modèle de turbulence SST.
- Conditions aux limites : elles seront celles indiquées dans le diagramme pour l’entrée et la sortie. De même, pour les parois de ce premier exemple, nous donnerons des conditions antidérapantes et thermiquement adiabatiques.
- Matériaux : Dans cet exemple, le domaine des fluides sera l’eau. Pour les parois, un modèle thermique du matériau du tuyau pourrait être défini pour étudier l’échange de chaleur. Dans cet exemple, la simulation sera simplifiée en négligeant cet effet.
- Maillage : L’interface CFD d’Hyperworks permet de définir des contrôles pour chaque zone à mailler afin d’affiner les régions qui le nécessitent, généralement celles qui présentent le plus d’intérêt. Dans ce cas, la zone où le tube inférieur rencontre le coude pourrait être affinée. Lors de la définition du maillage, il faut prendre en compte :
- Un concept fondamental dans ces simulations est la couche limite. En raison de la complexité de ce sujet, sa définition fera l’objet d’un tutoriel spécifique à une date ultérieure.
- Pour choisir la taille des mailles, il faut tenir compte de la précision souhaitée, des phénomènes à modéliser et de la capacité de calcul disponible. Pour cet exemple, une taille moyenne d’élément comprise entre 10 et 100 mm peut être raisonnable pour les objectifs poursuivis. L’image montre un maillage de la géométrie avec une taille moyenne d’élément de 20 mm.
Résolution avec Acusolve
- Résolution : Acusolve adapte la stratégie de résolution à la physique définie pour le problème, en activant dans ce cas les équations d’écoulement, de turbulence et de température. Celles-ci correspondent aux équations de Navier Stokes avec le modèle de turbulence choisi et la conservation de l’énergie.
Post-processo avec Hyperworks CFD
- Rapports et résultats : pendant la résolution du problème, la convergence du modèle et l’évolution des grandeurs et des flux peuvent être vérifiées. Ensuite, à la fin de la simulation, Hyperworks CFD offre de nombreuses possibilités de post-traitement pour obtenir et visualiser les informations souhaitées. Dans les images, nous pouvons voir les principaux résultats pour ce cas : les champs de température (en Kelvin) et de vitesse (en m/s) dans un plan transversal.
Les étapes à suivre pour utiliser Hyperworks CFD et Acusolve sont entièrement détaillées dans le tutoriel disponible dans notre section Téléchargements. Dans le prochain article, nous verrons comment définir une simulation et visualiser les résultats d’une analyse transitoire.
