Perché fare un’analisi CFD?

I software di simulazione fluidodinamica computazionale, detta anche simulazione CFD, utilizzati da ingegneri e analisti sono usati per prevedere in modo intelligente le prestazioni dei fluidi, riducendo al minimo la necessità di prototipi fisici e fornendo informazioni più dettagliate sulle prestazioni dei progetti di fluidodinamica.

La meccanica del fluido è una disciplina che coinvolge numerosi fenomeni fisici che hanno una ricaduta immediata in innumerevoli applicazioni meccaniche. I risultati ottenuti, dunque, sono le grandezze caratteristiche del flusso quali pressione, direzione e velocità del fluido e temperature. Queste grandezze possono essere messe direttamente in correlazione con il funzionamento del prodotto e con le medesime grandezze rilevate sperimentalmente.

Concetto base di una simulazione fluidodinamica

La simulazione CFD permette lo studio del comportamento dei fluidi attraverso la risoluzione di equazioni matematiche. Tramite questo strumento numerico, è possibile analizzare flussi complessi, caratterizzati anche da componenti turbolente che risulterebbero difficili da risolvere con un approccio manuale.

Il dominio fluido viene discretizzato in celle elementari, ottenendo così una griglia di calcolo chiamata Mesh. Su tale griglia vengono risolte in modo iterativo le equazioni di calcolo, le cui soluzioni sono poi visualizzate mediante un post-processore.

Nelle analisi CFD Si possono simulare dunque flussi sia interni che esterni, flussi stazionari e transitori, flussi laminari e turbolenti, flussi comprimibili e incomprimibili. Inoltre è possibile analizzare anche flussi aerodinamici interni ed esterni e flussi affetti da cambiamento di fase ed interazioni fluido struttura.

In generale, la procedura di analisi vede il susseguirsi di questi step:

Definizione della geometria o del dominio fisico del problema da analizzare;
Suddivisione del volume occupato dal fluido in un gran numero di celle elementari per creare una griglia di calcolo;
Definizione del modello fisico e numerico, ovvero del metodo di discretizzazione delle equazioni, algoritmi per la risoluzione delle equazioni;
Formulazione delle condizioni al contorno, cioè la specificazione delle proprietà del fluido nel dominio di calcolo e, per problemi dipendenti dal tempo, inserimento delle condizioni iniziali;
Risoluzione delle equazioni in maniera iterativa;
Visualizzazione dei risultati con un post-processore;
Analisi dei risultati.

Applicazioni

Nel settore dell’ingegneria industriale, le simulazioni fluidodinamiche possono essere usate in varie applicazioni, quali lo studio di profili alari, di profili di flusso intorno ad aerei, auto, navi, di scambiatori di calore, di reattori chimici, di separatori, di flussi subsonici e supersonici, di sistemi climatizzazioni di abitacoli, di rumori aero-acustici, di fenomeni di aerodinamica e di raffreddamento di motore, di fenomeni di cavitazione, di turbine a gas ed eoliche, di turbine a vapore, pompe, lavatrici e turbocompressori.

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