CFD-07. Conditionneur d’écoulement. Optimisation.

Dans cet article sur la Dynamique des Fluides Numérique (CFD), nous allons étudier un système cylindrique courant dans le domaine du conditionnement des flux. Cet exemple montre comment la géométrie d’un dispositif peut être optimisée pour obtenir un écoulement présentant les propriétés nécessaires à certains processus.

Pour cette étude, nous utiliserons le logiciel de calcul Acusolve avec le pré-processeur CFD Hyperworks. Un tutoriel est disponible dans la section Téléchargements où les étapes à suivre depuis la préparation du modèle jusqu’à l’analyse des résultats sont détaillées.

L’image suivante montre un schéma du système. En utilisant des simulations CFD, l’effet de différentes combinaisons de paramètres M et d sur les propriétés de l’écoulement à la sortie du dispositif peut être vérifié sans qu’il soit nécessaire de procéder à des essais.

Schéma du générateur de turbulences à analyser dans ces simulations.

Dans ce cas, nous utiliserons à nouveau des simplifications de symétrie pour obtenir un domaine bidimensionnel plus petit. Nous pourrons ainsi obtenir des résultats réalistes avec un modèle moins coûteux en termes de calculs.

Prétraitement avec Hyperworks CFD

La géométrie finale à prendre en compte est présentée dans l’image suivante :

Géométrie du modèle à simuler avec les simplifications par symétrie effectuées

Pour réaliser l’optimisation, différentes combinaisons de paramètres M et d sont testées. Une fois la géométrie validée, nous sélectionnons dans le menu physique le modèle Standard K-Epsilon. Cela nous permet de saisir manuellement les paramètres de turbulence à l’entrée, correspondant aux résultats d’un cas expérimental.

Dans ce cas, nous définissons pour le maillage une couche limite appropriée, une zone de raffinement autour du cylindre et un maillage global de 1 mm. Enfin, nous définissons les zones d’exportation des résultats de la bande Solution.

Résolution de problèmes et post-traitement

Les principaux résultats sont le profil de vitesse et d’énergie cinétique de la turbulence dans l’écoulement. Ces premières images montrent des résultats proches des cylindres.

La vitesse et les turbulences se produisent dans le flux après la ligne de conditionnement.

Cependant, dans ce dispositif, ce sont les propriétés lorsque le profil redevient uniforme en épaisseur qui sont intéressantes, ce qui permet d’étudier l’effet que le conditionneur a eu sur l’écoulement à différentes distances, comme le montre l’image.

Résultats CFD à différentes distances en aval du dispositif de conditionnement

Le didacticiel montre également un processus permettant d’obtenir les valeurs numériques des différents résultats intégrés sur les surfaces. Celles-ci peuvent être utilisées comme données d’entrée pour d’autres simulations ou comme données pour d’autres logiciels où vous souhaitez traiter les données.

Conclusion : Optimisation

Dans un cas d’application, le tutoriel serait suivi d’une phase d’optimisation des paramètres dimensionnels M et d afin d’obtenir les propriétés d’écoulement souhaitées à la distance requise.

Cet exemple montre comment les simulations CFD peuvent être utiles dans l’optimisation des processus dès la phase de conception. Ce type d’étude peut conduire à des économies significatives en termes de coûts d’essais, car il permet d’affiner les paramètres optimaux d’une conception préliminaire dans une large mesure avant le début de la fabrication.

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