CFD est l’acronyme anglais de Computational Fluid Dynamics, en français, mécanique des fluides assistée par ordinateur, et regroupe l’ensemble des méthodes numériques permettant d’étudier un écoulement de fluide (gaz ou liquide) dans un environnement donné.
L’ensemble des phénomènes liés aux mouvements de fluides est régi par un système de trois équations différentielles appelées « Equations de Navier-Stokes », non résolues de manière mathématique et générale à ce jour. Leur résolution est d’ailleurs l’un des sept problèmes du « Prix du Millénaire » définis par le Clay Mathematical Institute.
Si aucune solution générale n’a encore été trouvée à ce jour, il existe cependant des méthodes permettant d’évaluer de manière approchée la valeur de leur solution en des points définis dans un volume donné, et sous des conditions données. L’ensemble des méthodes de résolution approchée d’un système d’équations est la branche des mathématiques appelée « Méthodes Numériques ».
Couplées à d’autres équations de la physique : réactions chimiques, radiation thermique, tensions de surface, etc., ces méthodes permettent de résoudre un panel très vaste de problèmes de Recherche et Développement.
Il est ainsi possible :
L’ensemble de nos simulations en mécanique des fluides sont réalisées avec ANSYS Fluent ©, logiciel leader du marché et de loin le plus complet.
Nous développons également des UDF, morceaux de programme en C que l’on intègre dans Fluent pour pallier les limitations du logiciel pour des applications très spécifiques.
Le logiciel DualSPHysics se base sur la méthode SPH - Smoothed-Particle Hydrodynamics - qui est une méthode lagrangienne sans maillage (les fluides sont représentés sous la forme de particules mobiles interagissant entres elles).
La méthode SPH s'avère performante dans des domaines tels que les écoulements diphasiques, les simulations d’impacts ou d’explosions, le calcul des interactions fluide-structure et de frontières physiques mobiles, ou encore les écoulements en milieux poreux.
OpenFoam est un logiciel dont le code est en accès libre, est étoffé et mis à disposition par toute une communauté de sientifiques.
Son code est donc modifiable à souhait afin de s'adapter au mieux aux problématiques à modéliser. Il permet de réaliser des simulations multi-physiques en se basant sur la résolution des équations de la mécanique des fluides.
Toutes les études sont différentes par nature mais il est possible de définir une méthodologie générale et applicable à l’ensemble des études. L’exemple pris ici est la conception d’un diffuseur de sèche-cheveux, cas concret permettant d’illustrer de manière claire cette méthodologie.
La base de toute étude est un modèle virtuel de la pièce à étudier, soit à partir de plans, soit directement à partir de fichiers CAO; suivant les besoins du cas d’étude, nous modélisons uniquement le fluide ou l’ensemble des fluides et des solides présents. Lorsque l’objet d’étude le permet, nous tenons comptes des symétries planes et axiales afin d’optimiser les temps de calcul et donc les délais de réalisation. Les modèles sont réalisés sous SolidWorks ou Ansys DesignModeler.
C’est à ce moment de l’étude que l’on définit les points où les équations vont être résolues numériquement. Cela revient à diviser le volume étudié en petits volumes élémentaire appelés mailles ou points de maillage. Plus ils sont nombreux, plus la solution va être précise mais plus les temps de calcul vont être longs. Il est alors nécessaire de définir les zones les plus intéressantes et d'y raffiner le maillage. Ces zones peuvent être des couches limites, ou plus généralement, des zones où l’on s’attend à observer de grosses variations des différents paramètres étudiés. Plusieurs méthodes sont utilisables, le choix de celle-ci dépend de la topologie de l’objet à simuler. Dans le cas présent, seules deux méthodes sont applicables, le maillage polyédrique et le maillage tétraédrique.
Une fois le maillage réalisé, il faut définir quelles sont les méthodes numériques les mieux adaptées au problème :
C’est à ce moment que les différents paramètres de l’étude sont définis : vitesse du vent, températures des différents éléments et des différents fluides, débits, pressions, concentrations chimiques... De même l’ensemble des propriétés des matériaux sont définies : densité, viscosité, conduction, coefficient d’absorption, etc. pour les fluides ; et conductivité thermique, densité, émissivité, etc. pour les solides.
Le post-traitement, ou post-processing en anglais, comprend l’ensemble des opérations de dépouillement des résultats : affichage des champs de vitesse, température, pression, vecteurs de vitesse, lignes de courant, courbes d’iso-valeur, résultats numériques, etc.
Pour chaque simulation effectuée nous produisons une note de calcul au format HTML résumant l’ensemble des conditions limites employées et les résultats sous forme d’images, de courbes et de résultats numériques.
Vous pouvez télécharger un exemple de note de calcul en cliquant sur ce lien (il est nécessaire de décompresser le fichier afin d'avoir accès aux images du rapport).
Afin de pouvoir visualiser les résultats de la même manière que dans une CAO, nous vous invitons à télécharger le plug-in suivant.
