Autodesk CFD

Autodesk® CFD je CAE nástroj určený pro rychlou, snadnou a velmi přesnou predikci proudění tekutin včetně vlivů stlačitelnosti, nadzvukového proudění, přenosu tepla a mnoho dalšího a to jak v statických geometriích, tak v pohyblivých.

CFD v praxi

CFD (Computational Fluid Dynamics) slouží velmi úspěšně jako podpora konstruktérům ve velmi široké škále inženýrských problémů. Dokáže velmi přesně a rychle odpovědět na otázky, na které bychom v laboratořích hledali odpovědi velmi dlouho s velmi vysokou finanční náročností. Denní rutinou CFD je zjištění:

  • tlakové ztráty / průtokového součinitele
  • schopnosti uchladit či ohřát
  • silových a výkonových účinků
  • vibrací buzených tekutinou
  • možnosti optimalizace
  • tlakových, rychlostních a teplotních polí
  • a mnoho dalších otázek

To vše za zlomek času a nákladů s dostatečnou přesností (běžně pod jednoprocentní odchylku v otázce součinitelů kvs).

Vhodný je jak pro interní, tak i pro externí aero-hydrodynamiku či vazbu tekutiny a pevných těles.

CFD je tak oborem pro:

  • trubní armatury – clony, ventily, síta, filtry…
  • lopatkové stroje – čerpadla, ventilátory, turbíny, …
  • dýzy – hořáky, vyústky, …
  • chladiče a ohříváky
  • aerodynamika – dopravních prostředků, čidel v potrubí, …

CFD není jen samostatný řešič, ale nabízí celý balíček velmi sofistikovaných nástrojů.

Geometrie

Tvorbu výpočetní geometrie můžete vytvořit v libovolném CAD SW, který umí export do *.stp formátu.

Pro úpravu a případné zjednodušení (jeli potřeba) můžete využít Autodesk® SimStudio Tools, který je součástí balíčku CFD.

Pro odhalení chyb v geometrii a obtížně síťovatelných oblastí pak poslouží Model Assassment Toolkit, který přesně zobrazí špatně vymodelované části.

image005

Síťování

Pro síťování má uživatel hned dvě možnosti.

Složité a velmi náročné geometrie s externím obtokem (např. automobily) můžeme síťovat metodou wrapování, která dokáže bez jakýchkoliv úprav aproximovat i jinak nesíťovatelné geometrie.

Pro běžné síťování je tu pak velmi robustní a snadno ovladatelný automatický mesher, který dává uživateli možnost manuálního zásahu. Sítě jsou nadprůměrně dobré již v defaultním nastavením a jen velmi zřídka je nutno výrazně zasahovat do nastavení.

Výhodou je automatizace tvorby mezních vrstev, kdy není vyžadováno určení oblastí v styku tekutiny s pevnou látkou, neboť CFD tuto vědomost dostává již při určení okrajových podmínek a není nutno zadání duplikovat, jako je tomu v konkurenčních SW. Zpětná kontrola a úprava mezních vrstev dle parametru y+ je rovněž výjimkou a to i pro méně zkušené výpočtáře.

image006image007

 

Řešení

CFD využívá metodu konečných prvků (FEM), která má oproti metodě konečných objemů (FVM) velmi mnoho výhod. Řešič je robustní a velmi přesný i na hrubších TET4 sítích. To dělá z Autodesk® CFD nástroj nejen pro špičkové výpočtáře, ale i pro běžné konstruktéry, kteří mohou CFD nástroj chápat jako blackbox, který i bez velkých zkušeností a znalostí uživatele vrací špičkové výsledky.

CFD disponuje celou škálou numerických modelů, avšak vlajkovou lodí modelování turbulentního proudění zůstávají výpočtáři velmi oblíbené modely k-epsilon a k-omega.

Výhodou je, že Autodesk® CFD na rozdíl od ostatních, využívá veškerého hardware umístěného na pracovní stanici. Licence se tedy nekupují na jádro procesoru, ale na celý PC. Paralelní processing úloh je tedy záležitostí jedné jediné licence.

Post-Processing

Síťování, nastavení okrajových a inicializačních podmínek, nastavení řešiče i post-processing probíhá v jednom jediném prostředí a není nutno spouštět další a další nezávislé stand-alone aplikace. Unikátnost P-P v Autodesk® CFD je v paralelní práci při běhu řešiče. Zatímco řešič počítá úlohu, uživatel může stále pracovat na post-processing a sledovat vše v reálném čase a kdykoliv do řešení vhodně zasáhnout, upravit zadání a navázat na již řešenou úlohu. Tímto způsobem dochází k další významné úspoře tolik drahocenného času.

Rovněž je zajímavým kombem možnost práce s jednou licencí prostředí pro nastavení

image008image009

 

image011image010

 

Automatizace

Pro často opakované úlohy jakými jsou například zjišťování průtokových charakteristik, je možné přidání vlastních tlačítek a algoritmů, které velkou část i tak snadné práce automatizují. Odvětví CFD má velmi významný FOAK syndrom (First of a kind). Zatímco první úlohu svého druhu můžeme počítat řádově ve dnech či týdnech.  Vypracování přesného a jasného postupu s automatizací má vždy za následek zkrácení času potřebného na splnění úlohy. Není výjimkou úspora z několika týdnů na jednu hodinu včetně generování reportů a to bez ovlivnění přesnosti či dokonce s lepší přesností.

Multiphysics

Autodesk® CFD řeší proudění tekutin spolu s přestupem tepla. Výsledkem je pak teplotní a tlakové pole, které lze velmi snadno přenést do Autodesk® Simulation Mechanical, kde dokážeme spočítat napětí a posunutí ve statické analýze s teplotním a tlakovým zatížením.

Závěrem

Autodesk® CFD přináší do tohoto odvětví mnoho nového. Odstraňuje neduhy tradičních CFD SW a stává se velmi silnou konkurencí.