Analisi CFD
Cos’è l’Analisi Fluidodinamica (CFD)?
L’analisi computazionale della dinamica dei fluidi, o per usare l’acronimo inglese Analisi CFD (Computational Fluid Dynamics) consiste nell’analisi del modo dei fluidi mediante simulazioni numeriche al calcolatore. La fluidodinamica computazionale consiste quindi nella risoluzione numerica delle equazioni di Navier-Stokes e delle equazioni ad esse collegate. Poiché risoluzione per via analitica di queste equazioni è nota e praticabile solo per geometrie semplici e con flussi laminari, l’utilizzo della fluidodinamica computazionale risulta l’alternativa piú attendibile ed efficace per lo studio di tutte quelle applicazioni pratiche ed industriali che coinvolgono l’azione di fluidi (forze aerodinamiche, motori, pompe, impianti chimici, comfort ambientale, ecc.).
La fluidodinamica computazionale si basa pertanto sulla discretizzazione (tipicamente in volumi finiti) delle equazioni che descrivono il comportamento dei fluidi (siano essi liquidi o gassosi) cosí da risolverle mediante procedure di calcolo iterativo. Ad oggi esistono oggi numerosi software commerciali che risolvono in questa maniera le equazioni della fluidodinamica. Tra i più noti troviamo ANSYS CFX, Fluent, KIVA, NUMECA, Phoenics, STAR-CD, STAR-CCM+, CFD++, Floworks ed altri open source come Code Saturne, OpenFOAM e SU2.
Come Possiamo Aiutarti
iChrome ha un’esperienza pluriennale nell’applicazione delle tecniche di analisi CFD in campo industriale, dall’analisi di flussi esterni per applicazioni aerospaziali ed analisi di flussi interni con parti in movimento e scambio di calore quali turbomacchine e motori in generale.
Se pensi che la nostra esperienza possa esserti di aiuto non esitare a contattarci.
Perché ricorrere alle analisi CFD
Ad oggi, tolta l’esperienza di progettisti esperti e la verifica a mezzo sperimentale, non esiste modo di prevedere il comportamento dei fluidi in modo analitico. Le analisi CFD risultano pertanto il principale strumento di progettazione e di verifica in ambito industriale per tutti quei problemi in cui sia necessario studiare il comportamento di un fluido. In questo contesto, l’analisi CFD ha tre scopi:
- Comprensione di un fenomeno: la fluidodinamica permette di isolare e studiare in dettaglio i singoli fenomeno che si verificano all’interno di sistemi anche molto complessi. In molti casi di applicazione pratica, l’analisi CFD è l’unico modo per osservare, analizzare ed infine comprendere il comportamento di questi sistemi in fase di progettazione.
- Prevedere e sperimentare virtualmente: la fluidodinamica numerica permette di studiare come un fenomeno cambia al cambiare delle condizioni al contorno, ovvero dei parametri esterni di funzionamento. In questo senso, la fluidodinamica numerica risulta essere un potente e versatile strumento di sperimentazione ed analisi.
- Ottimizzare di prodotto: la capacitá della fluidodinamica computazionale di sostituirsi, se ben applicata, alla sperimentazione, consente cosí di simulare molteplici soluzioni in frazioni del tempo e con costi ridotti rispetto a quelli necessari ad una vera e proprio campagna di sperimentazione. Attraverso le analisi CFD sará qunidi possibile un risparmio di risorse o, analogamente, una piú spinta ottimizzazione del prodotto mediante studi di trade-off e/o vere e proprie ottimizzazioni numeriche.
Come si svolge un’analisi CFD
La procedura di un’analisi CFD risulta tipicamente organizzate nelle seguenti fasi:
- definizione del dominio di calcolo (o dominio fisico) del problema da analizzare: in questa fase l’ingegnere deve fare delle assunzioni sulla porzione di mondo reale da considerare nella modallazione numerica;
- discretizzazione del dominio di calcolo: il volume occupato dal fluido viene discretizzato generando una griglia di calcolo. Ove necessario si procede alla discretizzazione del dominio solido. Questó é il caso tipico di analisi fluidodinamiche che prevedono lo scambio termico con un dominio solido ben definito;
- definizione della fisica del problema: in questa fase viene definito il modello fisico (ad esempio, le equazioni del moto + l’equazione dell’energia + le equazioni delle specie), le proprietá fisiche del fluido e dei solidi, etc. Questa richiede specifiche competenze ingegneristiche ed una approfondita conoscenza delle ipotesi adottate e del loro grado di validitá ed attendibilitá;
- scelta del modello numerico (metodo di discretizzazione delle equazioni, algoritmi per la risoluzione delle equazioni): in questa fase viene definita e scelta la strategia di risoluzione numerica del problema. Questa fase, come la precedente, richiede specifiche competenze ingegneristiche e, per le applicazioni piú spinte, un’approfondita conoscenza di calcolo numerico;
- scelta delle condizioni al contorno: vengono qui definite le proprietà del fluido nel dominio di calcolo, ovvero le condizioni di moto imposto e ove necessario la variazione delle stesse nel tempo;
- esecuzione dell’analisi: il calcolo viene eseguito e monitorato.
- visualizzazione ed analisi dei risultati: l’esperto interpreta i dati delle simulazioni cosí da interpretare la fisica del fenomeno.
