Simcenter Star CCM+ jako narzędzie do symulacji CFD

Czy zastanawiałeś się kiedyś nad tym, że możesz mieć bardziej świadomy wpływ na rozwój urządzenia, które produkujesz?

W obecnym stanie inżynierii właściwą drogą odniesienia sukcesu jest symulacja komputerowa, która w zastosowaniu przemysłowym przestaje być opcją prowadzenia prac rozwojowych, a staje się koniecznością. Jeżeli twoje przedsiębiorstwo produkuje urządzenia wykorzystujące zjawiska fizyczne obejmujące przepływ cieczy, gazów oraz ich mieszanin, zjawisk termicznych lub akustycznych, zjawisk elektromagnetycznych, to powinieneś rozważyć wybór odpowiedniego oprogramowania do obliczeń CFD. Oprogramowanie Simcenter Star CCM+ jest najbardziej zaawansowanym narzędziem z zakresu CFD, które pozwala na najbardziej precyzyjne prowadzenie obliczeń w ramach jednego, zintegrowanego środowiska dla całego spektrum zjawisk fizycznych. Służy on do numerycznej symulacji dynamiki płynów opartej o szeroką gamę modeli do symulacji, w tym CFD, obliczeniowej mechaniki stałej (CSM), elektromagnetyki, wymiany ciepła, przepływu wielofazowego, dynamiki cząstek, przepływu reakcji, elektrochemii, aeroakustyki i reologii. Jest on najlepszym w swojej klasie narzędziem do symulacji, które zapewnia najbardziej wszechstronny zestaw modeli fizycznych dla inżynierii komputerowej (CAE).

Jednym z wymagających zagadnień możliwych do symulacji jest analiza procesu mieszania cieczy o różnych właściwościach fizycznych i chemicznych. Modelowanie wielofazowe, dodatkowo uwzględniające symulację powierzchni swobodnej, pozwala na uchwycenie efektów powstających podczas złożonych przepływów. Program dostarcza cały proces CFD (rys.1) w jednym zintegrowanym środowisku. Możesz przeprowadzić analizę poczynając od parametrycznego modelu CAD, przeprowadzić dyskretyzację modelu za pomocą siatek podstawowych typu Tetrahedra jak i siatek wyższego rzędu: typu Trimmed, opartej o sześciościenny kształt komórki typu Hexahedra oraz Polyhedral, bazującej na wielościennym kształcie komórkowym, aż do końcowej analizy wyników.

Schemat procesu prowadzenia analizy w Simcenter STAR-CCM +

Jednak główną zaletą jest solver obliczeniowy Simcenter STAR-CCM +, który w tym obszarze fizyki oferuje kompleksowy zestaw modeli wielofazowych:

• Model wielofazowy Eulera (EMP)
• Model elementów dyskretnych (DEM)
• Model objętość płynu (VOF)

Celem procesu mieszania jest określenie czasu, w jakim zostanie on efektywnie przeprowadzony. W warunkach rzeczywistych określa się doświadczalnie, niejednokrotnie poprzez wprowadzenie i obserwację dodatkowego markera. W symulacji mieszania cieczy można również taką operację przeprowadzić poprzez wprowadzenie dodatkowego czynnika typu Passive Scalar, nie biorącego udziału w rozwiązywaniu podstawowych równań, do układu i obserwację czasu jego rozchodzenia się po elementach skończonych dla objętości cieczy. Przykładowy wykres pokazano na rys.2.

Przebieg procesu mieszania z wykorzystaniem funkcji Passive Scalar

Na wykresie obserwujemy przebieg, wzdłuż osi czasu (oś X), w jakim procencie (oś Y) nastąpił przepływ czynnika typu Passive Scalar przez komórki modelu, które dla których został zdefiniowany czynnik roboczy jako ciecz. Takie podejście, jeszcze na poziomie projektu mieszadła pozwala na określenie sprawności (energochłonności) tego procesu, na podstawie czasu potrzebnego do przeprowadzenia określonego poziomu wymieszania, oraz mocy na wale wyznaczonej za pomocą momentu obrotowego.

Dzięki tak prowadzonym obliczeniom numerycznym, można przybliżyć charakterystykę procesu, wpływ elementów konstrukcyjnych, reakcji chemicznych i pozostałych parametrów na uzyskiwane wyniki. Można również policzyć stan instalacji przemysłowej, jej zachowanie podczas zmiennych warunków pracy oraz określić możliwości jej udoskonalenia.