Modelo de cálculo CFD 3D

El ingeniero de cálculo se enfrenta a la tarea de realizar simplificaciones razonables para cumplir con los requisitos de tiempo y presupuesto de un proyecto. Al principio, se recomienda simplificar considerablemente la simulación CFD para obtener resultados rápidos. Posteriormente, se elabora sucesivamente un cálculo básico más preciso y definitivo. Solo las simulaciones finales deben realizarse con un mayor número de celdas y una documentación detallada.

Formato CAD STEP y Parasolid

Cada programa CAD, como Solid Edge, Siemens NX, CATIA, Solidworks o Autodesk Inventor, utiliza su propio formato de archivo. Sin embargo, todos los programas pueden exportar las geometrías al formato STEP, que es universalmente legible. Al convertir componentes 3D al formato STEP, a menudo ocurren errores, ya que se pierden comandos y, por lo tanto, ya no se pueden editar ni ocultar. Parasolid es un núcleo de modelado desarrollado por Siemens PLM Software, en el que se basan numerosos programas como Solid Edge, Solidworks y NX Siemens. Para la exportación de geometrías CAD para la simulación CFD, se recomienda especialmente el formato Parasolid "x-t".

Importación, corrección y simplificación de la geometría CAD

En primer lugar, se necesita la geometría 3D en formato digital. Es aconsejable crear la geometría con un programa CAD profesional. Si ya existe, a menudo debe corregirse y simplificarse. Los detalles superfluos como tornillos, pequeños orificios y redondeos deben eliminarse para evitar errores de modelado y reducir los tiempos de cálculo. Los modelos CAD modernos se generan como sólidos, aunque algunas herramientas CFD como CFX u OpenFoam todavía requieren geometrías de superficie como entrada. La conversión se realiza mediante software especial como Ansys Design Modeler, Spaceclaim, Salome o Ansa.
Algunos programas CFD están integrados directamente en aplicaciones CAD, lo que simplifica la importación y exportación de datos CAD para el usuario. Solidworks Flow Simulation y Flotherm XT están completamente integrados en Solidworks, pero no se pueden integrar de forma nativa en otros sistemas CAD. FloEFD es una alternativa recomendable para usuarios de otros sistemas CAD, ya que se conecta perfectamente con PTC Creo, CATIA v5, Solid Edge, Pro/ENGINEER Wildfire, Autodesk Inventor y Siemens NX.

Condiciones de contorno y parámetros

Después de generar la malla de cálculo, se definen las condiciones de contorno en el programa de simulación. Las condiciones de entrada se definen generalmente como flujo másico o presión; FloEFD permite además la entrada de características del ventilador. Si se debe tener en cuenta la transferencia de calor, se deben especificar las fuentes de calor.
Para la simulación de áreas giratorias, basta con definir un sistema de coordenadas cilíndrico y una velocidad de rotación. El software complementa las ecuaciones de flujo con términos fuente que tienen en cuenta el efecto de las fuerzas de Coriolis y centrífugas. Una vez definidas las propiedades del material, los parámetros numéricos y los criterios de convergencia, se puede iniciar la simulación.

Convergencia del cálculo de flujo CFD

Una simulación se considera convergente cuando se alcanza la conservación tanto de la masa como de la energía y los valores de presión y velocidad apenas cambian con más iteraciones. En la práctica, a menudo surgen dificultades aquí; los ingenieros experimentados en CFD saben qué parámetros deben ajustarse para mejorar la convergencia. Por ejemplo, se pueden modificar los parámetros numéricos predefinidos; los parámetros de orden inferior conducen más rápido a una solución, pero generalmente causan un mayor suavizado numérico de los resultados.
Contornos de presión para un ventilador radial