Modèle de calcul pour CFD 3D

Pendant la phase de concept, le modèle CFD doit être fortement simplifié, pour s'assurer d'obtenir rapidement une solution convergente. Le calcul du design préliminaire nécessite plus de détails et éventuellement un domaine de calcul plus grand. Seuls les calculs du design final doivent être exécutés et documentés avec la plus grande précision et un maillage particulièrement fin.

STEP et Parasolid format pour CAO

Chaque programme de CAO (Solid Edge, Siemens NX, CATIA, Solidworks, Autodesk Inventor) a son propre format de données. Tout programme peut encore exporter au format STEP qui est universellement lisible. Des erreurs se produisent souvent lors de la conversion de composants 3D au format STEP neutre. Toutes les commandes ne sont plus disponibles et ne peuvent donc être ni modifiées ni supprimées. Parasolid est un noyau de modélisation pour les systèmes de CAO 3D qui a été repris par Siemens PLM Software. Il existe des centaines de programmes basés sur Parasolid, les plus connus étant Solid Edge, Solidworks et NX Siemens. Le format Parasolid «x-t» est le meilleur choix pour exporter la géométrie CAO pour les calculs CFD.

Import, correction et simplification de la géométrie CAO

Pour commencer il est nécessaire de disposer de la géométrie sous forme électronique. Je recommande d'utiliser un programme CAO professionnel. Lorsque le modèle a été généré par d'autres il doit encore être corrigé et simplifié. Les détails tels que les boulons et les petits trous doivent être supprimés afin d'éviter les erreurs lors de la construction du modèle et de raccourcir le temps de calcul.
De nos jours la géométrie CAO est générée sous forme de volumes. Certains codes CFD requièrent encore des surfaces comme données d'entrée, la conversion est effectuée par un logiciel supplémentaire tel que Ansys Design Modeler, Spaceclaim, Salome ou Ansa .
Certains outils CFD sont intégrés dans un outil de CAO, de sorte que les étapes de l'importation et l'exportation de données CAO sont sautés. Solidworks Flow Simulation et Flotherm XT sont entièrement intégrés dans Solidworks, mais pas nativement intégrés dans d'autres systèmes de CAO 3D. FloEFD est un meilleur choix si un système de CAO autre que Solidworks est utilisé car FloEFD peut également être intégré à PTC Creo, CATIA, Pro/ENGINEER Wildfire, Autodesk Inventor, Solid Edge et Siemens NX.

Conditions aux limites et paramétres

Lorsque le maillage a été généré, la préparation du premier calcul peut commencer dans le programme de calcul. Les conditions aux limites à l'entrée sont définies en général par la donnée du débit massique ou de la pression. Le logiciel FloEFD offre aussi la possibilité de définir les conditions d'entrée grâce aux caractéristiques d'un ventilateur. Si le calcul du transfert thermique est aussi souhaité, alors des conditions de production de chaleur ou de températures constantes doivent aussi être données. Pour la simulation de la rotation pour une région donnée, il faudra définir un système de coordonnées cylindriques ainsi que la vitesse et le sens de la rotation : le logiciel CFD ajoutera des termes dans les équations du mouvement pour simuler les effets des forces de rotation et de Coriolis.
Lorsque les caractéristiques des matériaux, les paramètres numériques et les critiques de convergence ont été définis : le calcul peut être lancé.

Convergence du calcul CFD

Le calcul a convergé, lorsque que les conditions de conservation de la masse et de l'énergie sont réunies et lorsque les valeurs de la pression et de la vitesse ne changent presque plus d'une itération à l'autre. Cela pose souvent des difficultés, dans ce cas seul un ingénieur CFD expérimenté sait ce qui doit être modifié. Par exemple les paramètres numériques prédéfinis par le programme peuvent être changés. La donnée de paramètres de faible ordre permet d'obtenir plus facilement un résultat, cependant cela donne un étalement des résultats avec des extrêmes moins prononcés.

Contours de pression pour un ventilateur radial