Symulacje CFD – nowoczesne wsparcie projektowania i doskonalenia produktów
Symulacje CFD (Numeryczna Dynamika Płynów) są obecnie jedną z najczęściej stosowanych technik wspomagających projektowanie oraz doskonalenie produktów. Szeroka gama dostępnego oprogramowania pozwala sprostać nawet najbardziej zaawansowanym wymaganiom użytkowników.
W dobie globalizacji i rosnącej konkurencji szybkie dostarczanie wysokiej jakości produktów staje się kluczowe. Zaawansowane narzędzia komputerowe umożliwiają wspieranie prac na każdym etapie tworzenia projektu, znacząco skracając czas i podnosząc efektywność działań inżynierskich.
Zakres analiz CFD
Narzędzia CFD, dzięki swojej elastyczności i wszechstronności, pozwalają analizować wiele złożonych zjawisk fizycznych, takich jak:
- turbulencja,
- transfer ciepła,
- transfer masy,
- zagadnienia wielofazowe,
- oraz inne procesy przepływowe.
Analizy CFD wykonywane są na wczesnym etapie projektu i stanowią podstawę do tworzenia prototypów. Dzięki temu inżynierowie zyskują dużą swobodę w podejmowaniu decyzji projektowych oraz możliwość szybkiego testowania różnych wariantów konstrukcyjnych.
Korzyści płynące z wykorzystania symulacji CFD
Wdrożenie analiz CFD przynosi firmom szereg wymiernych korzyści:
- znaczące ograniczenie kosztów wdrożenia produktu poprzez zmniejszenie liczby prototypów,
- skrócenie czasu projektowania,
- szybsze wprowadzenie produktu na rynek,
- opracowanie nowych ścieżek rozwoju produktu dzięki analizie danych 3D.
Symulacje CFD zapewniają przewagę konkurencyjną, ponieważ pozwalają jednocześnie skrócić czas dostarczenia produktu i podnieść jego jakość.
Przykłady symulacji CFD:
Symulacja osadnika cyrkulacyjnego
Osadnik ma kształt walca z wewnętrznym stożkiem. Zanieczyszczona ciecz doprowadzana jest jednym wlotem i odprowadzana jednym wylotem, a osad zbiera się w dolnej części zbiornika.
Symulacja CFD pozwala ocenić, czy osadnik pracuje zgodnie z założeniami, a w razie potrzeby wskazać obszary wymagające poprawy. Dane są wizualizowane w 3D, co umożliwia analizę dowolnego fragmentu osadnika lub całej jego objętości.
Symulacja grupy czterech budynków jednorodzinnych
Budynki mają identyczne gabaryty i ustawione są w jednakowych odległościach. Symulacja przedstawia rozkład ciśnienia, profile prędkości oraz trajektorie opływającego powietrza.
Możliwe jest m.in. odczytanie spadków ciśnienia po zawietrznej stronie dachu i ocena jego podatności na uszkodzenia. Analiza 3D pozwala badać oddziaływanie wiatru na wybrany budynek, jego fragment lub całą grupę obiektów.
Symulacja 2D nagrzewania Pola liniowego z rozłącznikiem Rozdzielnicy 36 kV (model uproszczony, czysto edukacyjny)
Warunki symulacji:
- praca w temperaturze powietrza - 293.0 [K],
- nad górnymi izolatorami wymuszony nawiew powietrza v = 0.1 [m/s], a odpływ szczelinami w obudowie,
- temperatura wszystkich izolatorów - 333.0 [K],
- temperatura wszystkich głównych szyn - 353.0 [K],
- inne mniej ważne elementy przy głównych szynach - 333.0 [K],
- czas trwania symulacji - 5 [min].
Uwaga:
- symulacja 2D nie oddaje pełnych warunków pracy takiego Pola, niemniej sygnalizuje miejsca potencjalnych problemów, dlatego najlepszym rozwiązaniem jest symulacja modelu 3D,
- rzeczywista symulacja tylko na podstawie danych producenta danego wyrobu.
Symulacja 2D nagrzewania przekładni walcowej (model uproszczony, czysto edukacyjny)
Warunki symulacji:
- praca w podziemnym wyrobisku górniczym o max. temperaturze powietrza 301.0 [K] (zgodnie z przepisami),
- smarowanie przekładni rozbryzgowe olejowe (dolne koło częściowo zanurzone),
- temperatura korpusu, powietrza i oleju - 301.0 [K],
- temperatura kół walcowych wraz z łożyskami - 353.0 [K],
- czas trwania symulacji - 3 [h].
Uwaga:
Symulacja 2D nie oddaje pełnych warunków pracy takiej przekładni, dlatego najlepszym rozwiązaniem jest symulacja modelu 3D.