Programme de calcul pour CFD 3D

Modèle de turbulence

Les nouveaux ordinateurs surpuissants n`ont pas la puissance requise pour résoudre directement les équations du mouvement d´un écoulement turbulent dans le cas d´une application industrielle ; c’est pourquoi on utilise des modèles pour la turbulence qui ne conservent dans les équations que les valeurs moyennées des oscillations temporaires de la turbulence. Ces modèles permettent de réduire l´ordre de grandeur du temps de calcul à des durées acceptables. Les codes de calcul CFD se différencient par différents modèles pour la turbulence et différentes approximations pour le profil de vitesse près des parois.

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.

Logiciels de CFD pour maillage Cartésien

FloEFD est développé par la société Mentor Graphics, une filiale de Siemens PLM. C’est un logiciel CFD qui combine un logiciel de CAO, la génération d'un maillage cartésien, le calcul de l'écoulement et sa visualisation. La version de base de FloEFD est intégrée dans l'environnement CAO de Solid Edge ; d'autres versions sont proposées, intégrées dans CATIA.v5, Siemens NX, Solidworks, Pro/ENGINEER Wildfire, Autodesk Inventor ou Creo.
FloEFD peut travailler avec des géométries CAO de mauvaise qualité, par exemple deux élements qui interférent entre eux. Grâce à l'intégration au système CAO et à la suppression de l'étape génération de maillage il est possible pour des dessinateurs et des ingénieurs de se former très rapidement.
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 est tout à fait satisfaisant pour des calculs de ventilation et de refroidissement.  

FloEFD pour Siemens NX, pour Solidedge ...

La version de base de FloEFD est intégrée au programme de CAO Solid Edge. FloEFD est également disponible dans l’environnement de CATIA.v5, Siemens NX, Solidworks, Autodesk Inventor, Pro / ENGINEER Wildfire ou Creo. Tous ces outils de CAO fonctionnent parfaitement avec FloEFD. L'utilisateur peut travailler dans le système CAO de l'entreprise. L'ingénieur calcul doit se familiariser avec l'outil de CAO, mais aujourd'hui, il est déjà nécessaire pour un ingénieur en mécanique de maîtriser un système de CAO. En comparaison, la familiarisation avec des outils spéciaux de préparation de géométrie tels que Salome, Ansa, Ansys Design Modeler ou Space Claim apporte très peu, car ceux-ci sont utilisés exclusivement en relation avec certains logiciels de simulation. Les outils de CAO courants fonctionnent avec des composants tridimensionnels disposés en éléments et assemblages. Les logiciels spécialisés pour laa préparation de la géométrie fonctionnent avec les surfaces. Par conséquent, la transition d'un outil de CAO à un autre est beaucoup plus facile que d'un outil de préparation de géométrie à un outil de CAO.

 

Géneration d'un maillage cartésien automatisé avec FloEFD pour Siemens NX  
   
Géneration d'un maillage cartésien automatisé avec FloEFD pour Siemens NX
  

 

Logiciels de CFD 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.