Meilleurs logiciels de dynamique des fluides computationnelle (CFD)

 

Meilleurs logiciels de dynamique des fluides computationnelle (CFD)

Le logiciel de dynamique des fluides computationnelle (CFD) permet de tester les effets de l'écoulement et des fluides sur les surfaces directement sur votre ordinateur. Testez, simulez et résolvez facilement vos problèmes et équations, et assurez-vous que votre conception ou produit répond à toutes les normes de sécurité et d'intégrité structurelle. Assurez-vous de consulter les ressources de TEC sur le logiciel CFD et lisez notre guide de l'acheteur pour plus d'informations.

1. Présentation du logiciel de dynamique des fluides computationnelle

Grâce à l'informatique moderne, les logiciels CFD implémentent des lois et des équations gouvernantes dans le but de résoudre des problèmes à l'aide de modèles mathématiques qui suivent des lois physiques et fournissent des solutions à la fois numériques et analytiques. Les simulations logicielles CFD aident les entreprises à aller au-delà des méthodes classiques et permettent aux utilisateurs de mieux comprendre comment les fluides réagiront dans certaines circonstances. Ce logiciel peut être appliqué dans une variété d'industries dans la recherche, la construction, la conception et bien plus encore.

Histoire du logiciel de dynamique des fluides computationnelle (CFD)

Depuis le début du XXe siècle, les scientifiques et les ingénieurs développent des modèles mathématiques pour analyser la dynamique de l'air, des liquides et des gaz lorsqu'ils circulent et interagissent avec les forces et la matière. Les calculs aérodynamiques des avions qui ont effectué des missions pendant la Première et la Seconde Guerre mondiale ont été effectués à la main et avec l'aide de calculatrices mécaniques. Bien que les ordinateurs centraux aient été utilisés pour comprendre des modèles d'écoulement de fluide bidimensionnels assez avancés, l'analyse 3D complète n'est arrivée que dans les années 1970. Le développement de logiciels de dynamique des fluides computationnelle à usage commercial a commencé après que la NASA et Boeing ont rendu public le code dans les années 1980.

Développement et tendances

De nos jours, le logiciel CFD commercial est disponible pour diverses plates-formes, notamment Windows, Linux, macOS et même les systèmes de cloud computing qui se connectent aux navigateurs et aux applications mobiles.

Les applications du logiciel d'analyse CFD sont pratiquement infinies. Les programmes CFD sont largement utilisés dans les secteurs de l'aérospatiale, de la construction automobile et de la construction navale. Parmi les autres secteurs où le logiciel de modélisation CFD est utile, citons : la biotechnologie, l'urbanisme, la fabrication d'appareils de plomberie, les systèmes de gestion de l'eau, le génie civil, le développement de jeux vidéo et bien d'autres.

Les utilisations du logiciel CFD incluent :

• Moulage par injection plastique : La simulation de ce processus industriel sur un ordinateur permet d'économiser du temps, de l'argent et des efforts. Cela peut aider les opérations de fabrication à prévoir la fréquence à laquelle elles rencontreront des défauts de production.
• Performance thermique : Ce scénario d'analyse est souvent utilisé par les fabricants d'armes et d'électronique.
• Performance structurelle statique : L'application la plus courante des solutions CFD est liée à la réaction de charge mécanique, à l'analyse des contraintes et aux performances des matériaux dans des conditions de fatigue.
• Fluid Flow : Cette application CFD par excellence a été étendue à la biotechnologie, en particulier dans la fabrication de dispositifs médicaux avancés utilisés dans les traitements respiratoires et cardiovasculaires.
• Performance structurelle dynamique : les règles de conformité liées aux codes de construction sismiques sont déterminées par cette analyse CFD.

Problèmes et solutions

Certaines solutions logicielles CFD sont très générales tandis que d'autres sont spécifiquement destinées à certains secteurs ou cas d'utilisation. Le logiciel CFD open source est souvent utilisé à des fins académiques et pour résoudre des problèmes fondamentaux tels que la programmation réaliste du flux de fumée de cigarette lors de la réalisation de films d'animation numérique. Toutes les solutions logicielles CFD ne résoudront pas les problèmes d'ingénierie, mais c'est ainsi qu'elles sont principalement développées et vendues.

Le paysage actuel des logiciels CFD met fortement l'accent sur la simulation . Cependant, les utilisateurs sont très intéressés par l'automatisation , la gestion de projet et l' optimisation . Les simulations complexes sont souvent trop exigeantes pour être gérées par des stations de travail et des ordinateurs portables moyens. Pour cette raison, il y a eu une grande poussée vers la création de projets CFD dans le cloud et permettant la collaboration d'équipe au moyen d'applications mobiles et d'autres appareils.

De nombreuses applications CFD offrent une modélisation et une conception natives , mais la demande des utilisateurs modernes favorise clairement l' intégration avec les systèmes de CAO populaires . Une autre tendance dans les logiciels CFD est liée à la collaboration en termes de maintien au courant des membres non techniques de l'équipe .

Bien que les projets CFD soient principalement du ressort des ingénieurs, l'apport de personnel spécialisé dans le développement commercial, le marketing, les ventes et d'autres fonctions de l'entreprise sera toujours nécessaire. Des complications peuvent survenir si l'interface et les flux de travail du logiciel CFD sont trop techniques au lieu d'être conviviaux.

2. Présentation du logiciel de dynamique des fluides computationnelle Guide de l'acheteur

L'achat du meilleur logiciel CFD est quelque chose qui nécessite une approche d'ingénierie, tout comme l'achat d'un système erp, ce qui signifie entrer dans un état d'esprit de résolution de problèmes. Comme mentionné précédemment, la tendance actuelle du développement de logiciels CFD est fortement axée sur les simulations, mais cela ne résout pas nécessairement des problèmes spécifiques. La précision des données est indispensable, en particulier dans les situations liées à la conception de salles blanches, à la fabrication de capteurs, au développement de technologies de freinage automobile, etc. De plus, d'autres facteurs d'achat doivent être pris en compte, tels que la collaboration d'équipe, les intégrations CAO et la facilité de modélisation.

Fonctionnalités courantes du logiciel CFD à rechercher

Choisir une solution CFD spécifique pour résoudre un problème ne devrait pas être un problème. Les ingénieurs créent des modèles destinés à être transformés en représentations et prototypes (qui sont soumis à analyse). Ce processus est presque pathologique car il est centré sur la fiabilité. L'ingénierie proactive tire parti du logiciel CFD en fournissant une optimisation dès le départ. Étant donné que la plupart des projets d'ingénierie commencent par des modèles CAO, il s'agit probablement d'un bon début dans le processus de sélection du logiciel CFD .

Les logiciels CFD open source utilisés pour l'enseignement n'offrent généralement pas d' intégration CAO . Ils disposent d'outils simples pour concevoir des modèles 3D, souvent dérivés de modèles tels que des robinets à tournant sphérique (qui peuvent être soumis à divers paramètres avant l'affichage d'une simulation). La prévalence des applications de CAO dans le monde de l'ingénierie a incité certains développeurs de logiciels CFD à proposer des solutions pouvant être intégrées dans des logiciels de CAO populaires, mais celles-ci ont tendance à être limitées.

Les entreprises à la recherche de solutions CFD doivent tenir compte de la volonté de leurs ingénieurs de recréer leurs modèles dans la conception géométrique native utilisée par la solution CFD. Le logiciel CFD basé sur la CAO offre des fonctionnalités avancées qui importent toutes les données d'ingénierie dans le fichier d'origine. De plus, l'interface CFD doit être aussi similaire que possible à l'application CAO qui est devenue la norme pour les ingénieurs.

L'exécution de certaines simulations (en particulier celles qui doivent être effectuées en temps réel par la conformité) peut être réalisée avec succès dans le cloud . Les solutions CFD idéales fournissent des notifications instantanées lorsque les simulations sont terminées et transmises aux appareils mobiles.

La structuration, l'organisation et l'affichage des données sont d'autres aspects cruciaux du logiciel CFD, qui générera systématiquement de grandes quantités d'ensembles de données qui ne sont pas couramment disponibles dans le processus de test physique. La façon dont ces ensembles de données sont affichés et la manière dont ils circulent est quelque chose qui peut rendre un projet plus efficace ou non. Lorsque les données sont renvoyées aux équipes d'ingénierie, l'efficacité est déterminée par l'intelligence codée dans l'application logicielle CFD.

Principales fonctionnalités du logiciel CFD à rechercher

Idéalement, ces fonctionnalités intelligentes incluent des analyses automatisées et des recommandations telles que :

• Mesh Systems : Les logiciels de simulation CFD sont très géométriques, notamment en ce qui concerne l'aérodynamique. Un système de maillage est décomposé en différents éléments. Par exemple, dans le cas de la conception d'avions drones, les solutions CFD les plus avancées automatisent le processus de panne afin que les ingénieurs n'aient pas à revenir à la planche à dessin CAO. La méthode des éléments finis (FEM) offre le plus haut niveau d'automatisation du système de maillage, libérant ainsi un temps d'ingénierie précieux. Le raffinement automatique des systèmes de maillage est également disponible dans certaines solutions CFD qui fournissent des scénarios plus réalistes.
• Volume d'écoulement : Lorsque les ingénieurs sont chargés de saisir manuellement les régions d'écoulement dans les modèles de simulation CFD, on peut s'attendre à ce qu'ils passent un temps considérable à le faire. Une solution plus efficace consiste à faire confiance au logiciel CFD pour extraire ces données au moyen d'une logique booléenne.
• Solveurs CFD : à moins que les ingénieurs ne possèdent des diplômes avancés en physique et en mathématiques, ils se heurteront à un obstacle lors de la sélection des différents solveurs disponibles pour les simulations. Au lieu de forcer les ingénieurs à examiner les recherches afin qu'ils puissent comprendre ce que les solveurs essaient de leur dire, le bon package CFD attribuera intuitivement des solveurs spécifiques au lieu de les appliquer tous.
• Solutions : chaque problème CFD aura plusieurs solutions basées sur des facteurs, des paramètres et des itérations. Ces solutions peuvent être réduites en fonction de la portée (ce qui, dans le passé, a causé des retards importants pour les programmes spatiaux de la NASA). Les solutions CFD plus intelligentes automatisent le processus de réduction de la portée sur la base de simples entrées fournies par les utilisateurs.

Choisir le bon logiciel

Lorsque vous vous lancerez dans l'analyse non linéaire de projets incluant la sécurité humaine, vous souhaiterez envisager des solutions CFD qui vous fournissent divers scénarios pour formuler des décisions. Concevoir un produit en caoutchouc souple destiné à être mis sous pression n'est pas la même chose que fabriquer une presse à concasser les métaux qui nécessite une distance de sécurité minimale maintenue par les opérateurs humains.

Inutile de dire que les acheteurs de logiciels CFD devraient passer du temps à évaluer les critiques faites par les utilisateurs qui travaillent dans des secteurs similaires. Dans le passé, la configuration matérielle minimale requise pour les logiciels de modélisation CFD était assez étendue, mais cela a été atténué par l'avènement des solutions Software-as-a-Service (SaaS) qui s'exécutent dans le cloud.

La complexité de certains progiciels CFD se reflète sur leur tarification. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les acheteurs potentiels devraient insister pour un essai gratuit ou une démo. Les logiciels CFD dédiés aux systèmes Mac ne sont pas très courants et peuvent sembler coûteux.

Opter pour un essai gratuit est un must. Le logiciel CFD installé qui exécute des simulations sur des machines locales nécessite une puissance de traitement importante ainsi que des configurations spéciales pour générer des systèmes maillés complexes que les ordinateurs portables plus anciens dotés de processeurs 32 bits peuvent ne pas être en mesure de gérer. Assurez-vous de consulter les solutions CFD de TEC pour des examens et des comparaisons.