Come accelerare le simulazioni Ansys Fluent con mesh adattive

La maggior parte delle simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) viene risolta generando una mesh realizzata a mano con aree locali di raffinamento e ingrossamento. Questi metodi si basano sull’esperienza degli esperti per creare una mesh adatta al problema e possono richiedere molto tempo per essere creati.

Tuttavia, negli ultimi anni, sono stati fatti significativi progressi nella generazione automatica di mesh con tecniche come la mesh adattativa. Questi metodi consentono di creare mesh con raffinamenti locali e una densità di elementi variabile in modo automatico, in base ai requisiti del problema e senza l’intervento manuale degli esperti.

Mentre la generazione di mesh a mano può ancora essere la preferenza per alcune applicazioni, la generazione automatica di mesh sta diventando sempre più popolare e può offrire soluzioni più efficienti, soprattutto per problemi complessi.L’adattamento mesh poliedrico non strutturato (PUMA) supporta l’adattamento di tutti i tipi di celle 3D in Ansys Fluent.

Cos’è la mesh adattiva?

Ma cos’è la mesh adattiva di Ansys Fluid esattamente e perché è così importante? In sintesi, la mesh adattiva è una tecnologia avanzata che permette di adattare automaticamente la griglia di calcolo in alcune zone del dominio, in modo da migliorare la precisione della simulazione e ridurre l’errore numerico. In pratica, il software utilizza la mesh adattiva per concentrare i punti di calcolo in modo selettivo nelle regioni di maggior interesse per il corretto modello del fenomeno fluidodinamico preso in esame.

Questa tecnologia consente inoltre di ridurre il numero totale di punti di calcolo necessari per la simulazione, migliorando non solo l’accuratezza dei risultati ma anche l’efficienza del processo di calcolo. La mesh adattiva è stata utilizzata con successo in una vasta gamma di applicazioni, da problemi di fluidodinamica ambientale a problemi di ingegneria aerospaziale e automobilistica.

Mesh adattiva in azione

Il Sandia Flame D è un caso di test con fiamma a getto d’aria/metano a diffusione turbolenta ricco di combustibile. Una fiamma pilota viene iniettata tra il metano e l’afflusso di aria. Sono stati eseguiti due test utilizzando due diverse maglie grossolane per analizzare la loro accuratezza e la differenza finale del conteggio delle cellule. 

La procedura di adattamento della mesh ha affinato automaticamente la mesh nelle regioni critiche a mesh di livello LES, tra cui la zona di reazione, lo strato di taglio e la zona di ricircolo. Abbiamo visto che entrambi i casi hanno mostrato risultati accurati rispetto ai dati sperimentali.

La soluzione di mesh adattiva di Fluent ha mostrato una riduzione del conteggio totale delle cellule variabile del 30-70%, rispetto a una mesh LES fine non adattata, in una serie di casi di flusso reattivo.

È stato dimostrato che l’adattamento della rete per i casi di combustione riduce il numero di celle fino al 70%

Rottura spray

In ANSYS Fluent, la rottura dello spray può essere modellata utilizzando il metodo VOF-to-DPM (Volume of Fluid to Discrete Phase Model Transition). Questo metodo consente di modellare la rottura primaria dello spray utilizzando l’approccio VOF (Volume of Fluid) e quindi di monitorare in modo efficiente la formazione delle goccioline utilizzando il modello DPM (Discrete Phase Model).

ANSYS Fluent offre sei modelli di rottura dello spray: TAB (Taylor Analogy Breakup), Wave, KHRT, SSD, Madabhushi e Schmehl. Questi modelli consentono di rappresentare diversi fenomeni di rottura dello spray in base all’applicazione ingegneristica specifica. Ad esempio, il modello TAB si basa sull’analogia di Taylor di una goccia che si deforma come un sistema massa-molla.

La rottura dello spray è fondamentale in molti settori, come l’industria automobilistica (iniettori di carburante), l’industria alimentare (spruzzatori per la lavorazione dei materiali), l’agricoltura (irrigazione) e molti altri campi dove le dispersioni di liquidi sono presenti.

Spero che queste informazioni ti siano state utili!

Sources:
ANSYS Fluent: Efficient Modeling of Spray Breakup using VOF-to-DPM Transition. Disponibile su: YouTube

ANSYS Fluent: Efficient Modeling of Spray Breakup using VOF-to-DPM Transition. Disponibile su: ANSYS Forum

ANSYS Fluent 12.0 User’s Guide – 23.2.6 Options for Spray Modeling. Disponibile su: ENEA

Discrete Phase Model (DPM): Break-up models. Disponibile su: MR CFD

Per conoscere tutti i nuovi miglioramenti nel modello di adattamento mesh di Fluent, richiedi ad un tecnico specializzato E3D.

L’adattamento mesh può essere utilizzato con il modello VOF (volume of fluid) di Ansys Fluent al modello a fase discreta (DPM) per risolvere in modo efficiente problemi multifase multiscala.

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