10 Perangkat Lunak Analisis CFD Terbaik untuk Pengembangan Produk Tingkat Lanjut

Diterbitkan: 2021-09-14

Analisis CFD memungkinkan para insinyur untuk memvisualisasikan, menguji, dan menganalisis desain produk mereka untuk masalah yang berkaitan dengan aliran fluida, perpindahan panas, turbulensi, material non-Newtonian, dan sebagainya.

Teknologi telah memudahkan organisasi dan insinyur untuk menghitung efisiensi desain mereka kapan saja dalam kondisi apa pun secara virtual. Hasilnya, menghemat waktu, tenaga, dan uang.

Tapi prosesnya tidak sesederhana itu sebelumnya. Pengujian fisik yang mahal adalah satu-satunya cara untuk memecahkan masalah praktis sebelum simulasi atau analisis CFD muncul. Ini melibatkan pengujian ketat menggunakan prototipe dengan banyak penarikan dan kegagalan.

Selain pengujian, Anda perlu memperbaiki masalah dengan cepat untuk memindahkan desain ke produksi. Perangkat lunak analisis CFD membantu Anda dalam hal ini, dan inilah yang akan saya bicarakan di artikel ini.

Jadi ayo mulai.

Apa itu CFD?

Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah bagian dari mekanika fluida yang memanfaatkan struktur data dan perhitungan numerik untuk menganalisis dan memecahkan masalah aliran fluida (gas dan cairan) seperti komposisi kimia, densitas, dan kecepatan.

Dan alat untuk melakukan analisis CFD dan menyelesaikan masalah aliran fluida adalah software CFD. Ini memastikan bahwa konsep aliran terbaik digunakan sejak tahap awal desain produk untuk memungkinkan komponen bekerja secara efisien dalam berbagai kondisi.

CFD memudahkan untuk menganalisis masalah aliran fluida kompleks yang melibatkan interaksi cair-gas, fluida-padat, atau fluida-fluida. Ini menggunakan pemecah tingkat lanjut untuk mengubah hukum fisika dari persamaan diferensial parsial menjadi persamaan aljabar plus menyelesaikannya secara efisien.

Insinyur dan analis menggunakan komputer untuk melakukan perhitungan ini untuk mensimulasikan fluida yang mengalir bebas dan interaksinya dengan permukaan. Dengan menggunakan komputer atau superkomputer yang canggih, Anda dapat memperoleh solusi akurat dengan kecepatan tinggi, bahkan untuk masalah yang paling kompleks sekalipun.

CFD digunakan di berbagai bidang, seperti:

  • Teknik kedirgantaraan untuk mensimulasikan aerodinamika pesawat, aliran turbulen/laminar, aliran kompresibel/inkompresibel, desain airfoil, mesin berputar, dll.
  • Manufaktur elektronik seperti simulasi baterai, pendinginan, dan banyak lagi
  • Pemanasan, ventilasi, dan pendingin udara (HVAC)
  • Mobil untuk mensimulasikan aerodinamika suku cadang mobil, pipa, dan katup
  • Pencegahan kavitasi
  • Peralatan olahraga, dan banyak lagi

Bagaimana Cara Kerja Analisis CFD?

Secara umum, analisis CFD melibatkan tiga fase utama:

Pra-pemrosesan: Ini adalah saat masalah aliran fluida berubah menjadi model komputer yang diskrit dan ideal. Insinyur dan analis membuat beberapa asumsi berdasarkan jenis aliran, seperti kompresibel, inkompresibel, tunak, transien, kental, tidak kental, dll. Mereka juga membuat mesh dan menerapkan kondisi batas pada permukaan yang berinteraksi.

Pemecahan: Analisis CFD menggunakan pemecah kuat yang melakukan perhitungan aktual pada masalah atau persamaan aliran fluida dan memberikan solusi yang akurat dan cepat.

Pasca-pemrosesan: Analis memvisualisasikan dan menganalisis hasil pada fase akhir untuk menyimpulkan dalam bentuk tabel, grafik, gambar bergerak, dll.

Apa Manfaat Analisis CFD?

Analisis CFD bermanfaat dalam pengembangan produk dalam banyak hal:

#1. Efisiensi

Menganalisis dan memecahkan persamaan yang kompleks akan memakan waktu yang lama jika dilakukan secara manual melalui pengujian dan komputasi konvensional. Tetapi perangkat lunak analisis CFD dapat memecahkan persamaan aliran fluida yang kompleks dengan kecepatan dan akurasi tinggi, sehingga menghemat tenaga dan waktu Anda.

#2. Lebih Fleksibilitas

Anda dapat mengukur jumlah terbatas pada satu waktu melalui cara manual. Namun, analisis CFD memungkinkan Anda mengukur semua besaran fisik yang Anda inginkan secara bersamaan dengan resolusi tinggi karena daya komputasi yang luar biasa. Ini membantu memindahkan desain Anda dengan cepat ke pengujian fisik dan manufaktur.

#3. Umpan Balik Praktis

Insinyur dapat membuat desain dan menguji efisiensi sebelum konstruksi dengan bantuan analisis CFD. Ini memungkinkan Anda untuk mengubah bentuk, struktur, ukuran, skala, dll. model Anda, dengan mudah dalam perangkat lunak dan menyelesaikan yang paling efisien.

#4. Pengalaman dunia nyata

Simulasi mencakup berbagai fenomena dan kondisi dunia nyata seperti gerakan angin, gravitasi, kecepatan cahaya, dll. Oleh karena itu, Anda dapat menghasilkan kondisi lingkungan dan menguji desain Anda terhadap kondisi tersebut untuk memahami kinerja dan perilakunya.

Sekarang, mari kita lihat beberapa alat analisis CFD terbaik di pasar.

CFD Autodesk

Autodesk CFD adalah perangkat lunak simulasi CFD yang sangat baik untuk analis dan insinyur untuk memprediksi aliran dan perilaku gas dan cairan secara cerdas. Ini membantu meminimalkan persyaratan untuk prototipe fisik yang berbeda untuk mendapatkan wawasan mendalam tentang aliran fluida untuk kinerja desain.

Anda mendapatkan banyak fitur dalam perangkat lunak CFD ini dan alat simulasi termal yang bekerja dengan kinerja terbaik. Menggunakan alat ini memungkinkan Anda membandingkan desain untuk memahami perilaku lancar di dalamnya sebelum Anda beralih ke produksi. Selain itu, Anda dapat meningkatkan distribusi tekanan untuk aplikasi kontrol aliran dan menyelesaikan persamaan untuk semua model perpindahan panas, dari padat-padat atau padat-cair.

Autodesk CFD memungkinkan Anda menghubungkannya ke Fusion 360 untuk mengaktifkan modifikasi dan penyederhanaan CAD. Anda juga dapat menggunakan otomatisasi mesh dan geometri untuk ukuran mesh, menjalankan beberapa analisis pada server HPC, jarak jauh, atau lokal untuk memecahkan model besar dengan fleksibilitas.

Perangkat lunak ini memungkinkan Anda mengoptimalkan desain untuk meningkatkan efisiensi bangunan untuk MEP dan aplikasi arsitektur. Anda juga dapat mensimulasikan antarmuka antara gas dan cairan, memodelkan berbagai fenomena aliran seperti tumpahan, tumpahan, dan gelombang, dan mengembangkan persamaan khusus untuk mendapatkan hasil visual.

Fitur lainnya yang dapat Anda temukan di Autodesk CFD adalah koneksi CAD, simulasi kinerja komponen heat sink, dan penelusuran partikel untuk memahami arah aliran dan sirkulasi dengan lebih baik. Ini juga memungkinkan pencampuran skalar, pemodelan radiasi, analisis perangkat berputar, dan pemodelan kondensasi dan kelembaban.

Selain itu, menganalisis beban pemanasan matahari dan visibilitas asap, antarmuka pengguna yang dapat disesuaikan dan bersih, hasil berdasarkan data, dan skrip otomatisasi melalui API juga merupakan fitur berharga dalam perangkat lunak CFD ini.

Skala Sim

Perangkat lunak CFD SimScale berbasis cloud yang memungkinkan Anda menguji, memvalidasi, mengoptimalkan, dan mengulangi desain Anda melalui simulasi online. Ini memungkinkan semua proses di browser web, jadi Anda tidak perlu bersusah payah dengan daya komputasi yang terbatas, biaya tinggi, dan aksesibilitas.

Karena simulasi transien membutuhkan lebih banyak uang dan waktu untuk menghasilkan hasil yang akurat, perangkat lunak CFD SimScale memecahkan masalah ini. Solver berbasis GPU ini menggunakan Metode Lattice-Boltzmann (LBM) untuk menawarkan akurasi tinggi dan kecepatan yang tak tertandingi.

Mereka juga telah berkolaborasi dengan Numeric Systems GmbH untuk membuat fitur out-of-the-box ini menggunakan Pacefish. Akibatnya, waktu simulasi transien telah berkurang dari hari dan minggu menjadi menit dan jam. Selain itu, perangkat lunak ini berjalan pada beberapa GPU secara paralel dan menawarkan waktu penyelesaian 20 hingga 30 kali lebih singkat daripada proses standar.

SimScale mendukung beberapa jenis pemodelan turbulensi seperti Smagorinsky, k-omega SST, Hybrid SST-IDDES, dan SST-DDES. Karena kompresibilitas fluida merupakan pertimbangan penting, alat ini mendukung simulasi untuk fluida yang dapat dimampatkan dan tidak dapat dimampatkan dengan akurat untuk membantu Anda dengan desain dan pengembangan produk yang lebih aman dan berkualitas.

Perangkat lunak CFD SimScale dapat memecahkan persamaan aliran fluida yang kompleks dengan metode numerik yang tepat. Oleh karena itu, ini berlaku untuk merancang komponen pesawat terbang, airfoil, saluran, katup, dan banyak lagi. Ini juga berfungsi untuk aliran turbulen dan laminar selain simulasi transien dan tunak. Oleh karena itu, berguna untuk merancang pipa, perambatan asap, ruang bersih, dan pemisah siklon.

Perangkat lunak ini menawarkan kemampuan simulasi termal, pemodelan multispesies atau aliran multifase dengan bantuan metode Volume of Fluid (VoF). Ini juga menggunakan pemecah OpenFOAM untuk menganalisis dua cairan non-pencampuran seperti air dan minyak, berguna untuk rekayasa proses dan aplikasi kelautan.

Jalankan simulasi kondisi tunak menggunakan kerangka referensi ganda (MRF) atau kondisi batas berputar bersama dengan simulasi transien dengan Arbitrary Mesh Interface (AMI). Anda juga dapat mensimulasikan dan mengevaluasi gerakan benda padat yang melibatkan 6 derajat kebebasan (DoF), cocok untuk pembuatan kapal dan desain pipa.

Ansys

Setiap insinyur desain pasti pernah menggunakan atau setidaknya mendengar tentang Ansys yang menawarkan alat simulasi CFD yang sangat baik untuk membantu Anda membuat keputusan yang lebih cepat dan lebih baik. Simulasi CFD mereka memberikan hasil yang akurat dan daya komputasi yang tinggi dan telah divalidasi kualitasnya.

Alat CFD intuitif dan kuat untuk membantu Anda meningkatkan keamanan dan kinerja produk sekaligus mengurangi upaya dan waktu pengembangan. Selain itu, mereka memastikan sedikit atau tidak ada kesalahan dan menawarkan kemungkinan besar untuk berinovasi dan menghasilkan produk yang dioptimalkan menggunakan pemecah kelas industri yang efisien.

Baik Anda mencari cara untuk melakukan simulasi lapisan es dalam penerbangan yang efektif atau memaksimalkan efisiensi mesin pembakaran internal (IC), Ansys memiliki alat untuk membantu Anda. Mereka ramah pengguna dan canggih untuk menghemat waktu Anda dan membantu meningkatkan produktivitas Anda.

Beberapa produk CFD yang mereka tawarkan adalah:

  • Ansys Fasih untuk pemodelan tingkat lanjut dengan akurasi tinggi
  • Ansys CFX untuk kecepatan, ketahanan, dan akurasi yang luar biasa dalam aplikasi turbomachinery
  • Ansys Chemkin-Pro adalah alat CFD premium untuk memodelkan sistem reaksi kimia yang kompleks

Selain itu, mereka menyediakan alat terkait lainnya, seperti Ansys BladeModeler, Ansys Rocky, Ansys Vista TF, Ansys TurboGrid, Ansys Polyflow, Ansys Model Fuel Library, Ansys FENSAP-ICE, Ansys EnSight, dan Ansys Forte.

OpenFOAM

Dirilis pada tahun 2004, OpenFOAM adalah perangkat lunak CFD open-source dan gratis yang dikembangkan oleh OpenCFD. Ini memiliki basis pengguna yang signifikan di seluruh dunia di sebagian besar wilayah sains dan teknik, termasuk organisasi akademik dan komersial.

OpenFOAM menawarkan banyak fitur yang dapat diterapkan untuk menyelesaikan aliran fluida yang sederhana hingga kompleks seperti reaksi kimia, perpindahan panas, turbulensi, mekanika padat, elektromagnetik, dan akustik. Selanjutnya, komunitas pengembang OpenFOAM terus berkontribusi untuk pengembangannya, dan mereka juga menyertakan pengembangan yang disponsori pelanggan untuk merilis versi baru setiap 6 bulan.

Ini diuji secara independen oleh spesialis aplikasi ESI-OpenCFD, pelanggan terpilih, dan mitra pengembangan. Mereka melakukan pengujian ketat pada perangkat lunak untuk jaminan kualitas. Proses evaluasi kode, validasi, dan verifikasi mencakup ratusan pengujian unit setiap hari.

Modul CFD

Perangkat lunak pemodelan CFD Consol – Modul CFD memungkinkan Anda menentukan model dan menyelesaikannya untuk mempelajari sistem dengan aliran fluida. Ini juga berfungsi untuk sistem yang berisi kombinasi aliran fluida dan fenomena fisik, artinya ini berfungsi untuk aliran tunggal dan multifase.

Modul CFD menawarkan alat untuk memodelkan landasan analisis aliran fluida yang berbeda, seperti:

  • Aliran kompresibel dan inkompresibel
  • Aliran turbulen dan laminar
  • Mengalir di media bebas atau berpori dan area terbuka
  • Aliran film tipis

Perangkat lunak ini mengimplementasikan kemampuan ini melalui antarmuka aliran struktur untuk mendefinisikan, menganalisis, dan memecahkan masalah aliran kondisi tunak dan transien dalam aksisimetris 3D, 2D, dan 2D. Selain itu, ia menawarkan fungsionalitas yang disesuaikan untuk memecahkan masalah terkait aliran dengan angka Mach yang tinggi, aliran non-Newtonian, dan mesin yang berputar.

Modul CFD dapat memodelkan aliran yang bereaksi dan mengkonjugasikan perpindahan panas di lingkungan yang sama untuk memungkinkan Anda menganalisis masalah aliran secara bersamaan. Selain itu, ia menawarkan lebih banyak kemampuan multifisika seperti interaksi struktur fluida, yang dapat Anda aktifkan dengan menggabungkan perangkat lunak dengan modul Comsol lainnya.

pusat sim

Analisis dan prediksi kinerja produk dunia nyata dengan bantuan perangkat lunak simulasi CFD Simcenter oleh Siemens. Alat analisis CFD terkemuka di industri ini menawarkan simulasi yang cepat dan tepat dari berbagai masalah teknik yang melibatkan cairan, struktur, dan fisika terkait.

Baik Anda seorang desainer, insinyur CFD, atau peneliti, perangkat lunak ini dapat membantu Anda menganalisis masalah aliran fluida yang kompleks dan mengubah wawasan yang diperoleh untuk mengembangkan produk inovatif. Itu juga dapat mensimulasikan masalah yang melibatkan beberapa bagian yang bergerak dan berinteraksi dengan mudah menggunakan mesh morphing, overset meshing, atau kombinasi keduanya.

Selain itu, Anda dapat menggunakan fitur mesh bergerak untuk simulasi stabil atau sementara dan studi parametrik. Ini memberikan cara yang mudah untuk mengganti atau memposisikan ulang objek dan mempelajari konfigurasi desain yang berbeda. Perangkat lunak CFD Simcenter menyediakan kemampuan pemodelan Lagrangian dan Eulerian untuk memenuhi berbagai kebutuhan simulasi secara akurat.

Belum lagi, ini adalah simulator teknik komersial pertama yang menyertakan fitur DEM dengan simulasi aliran numerik. Ini membantu Anda menganalisis bagaimana aliran turbulen berinteraksi dengan aliran reaksi untuk memastikan produk bekerja dengan baik dalam berbagai kondisi pengoperasian.

Selain itu, Anda mendapatkan perpustakaan ekstensif yang berisi model akurat untuk memprediksi sumber aeroakustik seperti model kondisi tunak, DES/LES, dan model propagasi. Anda juga dapat menggunakan simulasi baterai menggunakan spesifikasi dan kinerja geometris untuk memvalidasi desain baterai Li-ion digital Anda.

persegi aliran

Perangkat lunak CFD gratis lainnya dalam daftar ini adalah Flowsquare – perangkat lunak CFD dua dimensi untuk menganalisis aliran fluida yang tidak stabil dan non-reaktif/reaktif bersama dengan aliran subsonik atau supersonik. Ini menawarkan lingkungan yang berguna untuk analisis CFD dan bertujuan untuk membawa lebih banyak orang lebih dekat ke teknologi ini dan mensimulasikan aliran untuk memenuhi minat akademis atau pendidikan mereka.

Sebagian besar alat CFD komersial datang dengan biaya tinggi dan membutuhkan keahlian dan sumber daya komputasi yang berat, tidak semua orang dapat menggunakannya, tetapi Flowsquare gratis dan dirancang untuk kemudahan penggunaan. Itu tidak memerlukan kemahiran dalam keterampilan seperti meshing, pemrograman CAD, dan pra/pasca-pemrosesan. Anda dapat memulai dengan membuat sketsa bidang simulasi sederhana menggunakan alat cat apa pun seperti Microsoft Paint.

Atur domain komputasi menggunakan 1-2 gambar Bitmap dan satu file teks. Di sini, Anda dapat melakukan visualisasi secara real-time dan menyimpannya sebagai file Bitmap. Ini memiliki alat visualisasi bawaan untuk warna, kontur vektor, partikel Lagrangian, dan grafik.

Flowsquare menggunakan kondisi dan skema numerik yang sangat fleksibel, dan data simulasi tersedia dalam format biner untuk pasca-pemrosesan. Ini digunakan di seluruh dunia oleh individu, perusahaan, dan lembaga pendidikan untuk berbagai tujuan.

ParaView

ParaView adalah perangkat lunak analisis dan visualisasi data multi-platform dan sumber terbuka. Ini memungkinkan Anda membuat visualisasi dengan cepat dan menganalisis datanya dengan bantuan metode kualitatif dan kuantitatif.

Simulasi CFD ParaView memungkinkan Anda mempelajari gaya angkat, tarikan, aliran udara, dll., untuk membantu meningkatkan efisiensi desain. Ini juga mampu menganalisis kumpulan data besar dengan sumber daya memori komputasi terdistribusi. Selain itu, Anda dapat melakukan eksplorasi data secara interaktif melalui program atau dalam 3D menggunakan fitur pemrosesan batch perangkat lunak.

Anda dapat menjalankan ParaView di superkomputer dan menganalisis kumpulan data petascale atau di laptop Anda untuk menganalisis data kecil. Fleksibilitas ini membuatnya berlaku untuk berbagai industri, universitas, dan laboratorium nasional. Terlebih lagi, ia telah memenangkan banyak penghargaan karena komputasi dan kinerjanya yang tinggi.

Manfaatkan ParaView untuk proyek Anda berikutnya dan manfaatkan layanan canggih dan solusi R&D mereka. Anda juga dapat bergabung dengan Forum ParaView dan terus mengikuti perkembangan terbaru. Alat ini sangat baik untuk banyak kasus penggunaan, seperti:

  • Alat Analisis Data Iklim (CDAT) membantu analis memantau, memprediksi, dan melacak perubahan iklim.
  • Simulasi CFD membantu tim penerbangan menganalisis dan mempelajari gaya angkat dan tarik
  • Menjelajahi data yang imersif secara intuitif.
  • ParaView Catalyst dan PHASTA membantu dalam simulasi CFD kontrol aliran dengan fidelitas tinggi untuk profil sayap.
  • Simulasi ALEGRA dalam pelat keramik yang digunakan dalam penetrasi jet muatan berbentuk
  • NVIDIA Omniverse ParaView Connector memungkinkan para ilmuwan untuk menganalisis data iklim dan cuaca secara interaktif beserta pengaruhnya terhadap Bumi.

Altair

Baik Anda ingin melakukan pemodelan CFD tingkat lanjut atau mempelajari efek termal atau fluida terkait desain Anda, Altair dapat membantu Anda dengan alatnya yang luas. Ini menyediakan beberapa pemecah skala dan perangkat lunak CFD pra dan pasca-pemrosesan yang kuat untuk menguji kinerja sistem yang lengkap dan menganalisis komponen secara detail.

Altair CFD menggunakan solver Navier-Stokes dengan kemampuan analisis yang luas untuk perpindahan panas, aliran, material non-Newtonian, dan turbulensi. Ini dapat menawarkan Anda solusi yang kuat, akurat, dan skalabel terlepas dari topologi dan kualitas elemen mesh.

Teknologi canggihnya menawarkan efisiensi energi dan biaya yang dioptimalkan dengan komputasi berbasis GPU untuk kinerja tinggi. Hasilnya, Anda dapat mensimulasikan model kompleks melalui satu server dan menghitung aeroakustik dari mesin yang berputar seperti e-motor, energi terbarukan, dan kipas pendingin.

Anda dapat memanfaatkan alur kerja yang efisien dan berdedikasi di Altair HyperWorks dengan fungsi eksekusi solver, pra-pemrosesan, dan pasca-pemrosesan. Selanjutnya, Altair CFD juga menggunakan metode Lattice Boltzmann (LBM) untuk memprediksi sifat aerodinamis pada kecepatan secepat kilat untuk mobil penumpang, mobil balap, kendaraan tugas berat, dan truk ringan.

Altair menggunakan pemecah Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) untuk memprediksi aliran di sekitar geometri rumit dalam gerakan kompleks. Selain itu, alat Metode Elemen Diskrit (DEM) mensimulasikan dan mempelajari perilaku material granular secara akurat untuk batubara, biji-bijian, serat, bubuk, dll.

Anda dapat menghitung Altair CFD dan EDEM untuk mensimulasikan interaksi cairan dan partikel secara realistis dan menyelidiki sistem kompleks seperti fluidized bed, spray coating, pengeringan, filtrasi, dan pencampuran padat-cair. Alat lain dalam suite ini adalah Altair FlowSimulator untuk perpindahan panas, aliran, dan desain pembakaran, SimLab untuk pendinginan elektronik, dan banyak lagi.

SOLIDWORKS

Jika Anda adalah pengguna SOLIDWORKS, Anda akan menyukai Software Simulasi Aliran SOLIDWORKS. Ini menangani masalah aliran fluida menggunakan analisis numerik dan menawarkan umpan balik dinamis untuk kinerja termal dan aliran fluida produk Anda.

Dengan menggunakan fitur pengoptimalan parametrik, Anda dapat mengotomatiskan proses analisis dan desain untuk menemukan iterasi desain terbaik dalam lingkungan CAD yang sudah dikenal. Alat ini memungkinkan Anda untuk mensimulasikan berbagai jenis gas dan cairan di bawah skenario yang berbeda.

Aplikasi khasnya adalah aliran di sekitar manifold, pendinginan elektronik, penukar panas, dan aerodinamika. Anda mendapatkan banyak alat analisis CFD untuk integrasi FEA, analisis sistem berputar, analisis aliran eksternal dan internal, modul pendingin elektronik, dinamika permukaan gratis, studi partikel, dan modul HVAC.

Perangkat lunak CFD ini terintegrasi dengan SOLIDWORKS dan menggunakan antarmuka CAD untuk analisis. Itu dapat mengenali volume cairan secara otomatis dalam desain tergantung pada jenis analisis dan memungkinkan Anda untuk menjalankan beberapa skenario CFD dan membuat template analisis dengan input dan parameter yang akurat. Anda juga dapat memanfaatkan meshing dinamis dengan pemurnian mesh otomatis untuk aktivitas cairan tinggi.

Kesimpulan

Perangkat lunak analisis CFD memungkinkan Anda untuk memvisualisasikan dan menganalisis masalah yang berkaitan dengan aliran fluida, perpindahan panas, dll., dalam desain produk Anda. Anda dapat memecahkan masalah ini dengan cepat dan akurat untuk memungkinkan desain dan pengembangan produk yang lebih aman dan berkualitas.