10 Melhor Software de Análise de CFD para Desenvolvimento de Produto Avançado

A análise CFD permite que os engenheiros visualizem, testem e analisem seus projetos de produtos em busca de problemas relacionados ao fluxo de fluidos, transferência de calor, turbulência, materiais não newtonianos e assim por diante.

A tecnologia tornou mais fácil para organizações e engenheiros calcularem sua eficiência de projeto a qualquer momento e em qualquer condição virtualmente. Como resultado, economiza tempo, esforço e dinheiro.

Mas o processo não era tão simples antes. Testes físicos caros eram o único meio de resolver problemas práticos antes que a simulação ou a análise CFD surgissem. Envolveu testes rigorosos usando protótipos com muitos recalls e falhas.

Além de testar, você precisa corrigir os problemas rapidamente para mover o design para a produção. O software de análise de CFD ajuda você com isso, e é sobre isso que falarei neste artigo.

Então vamos começar.

O que é CFD?

A Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) é uma parte da mecânica dos fluidos que utiliza estruturas de dados e cálculos numéricos para analisar e resolver problemas de fluxo de fluidos (gases e líquidos), como composições químicas, densidade e velocidade.

E a ferramenta para realizar análises CFD e resolver problemas de fluxo de fluido é o software CFD. Ele garante que os melhores conceitos de fluxo sejam usados ​​desde os estágios iniciais do projeto do produto para permitir que os componentes funcionem com eficiência sob várias condições.

O CFD facilita a análise de problemas complexos de fluxo de fluido envolvendo interações líquido-gás, fluido-sólido ou fluido-fluido. Ele usa solucionadores avançados para transformar as leis físicas de equações diferenciais parciais em equações algébricas, além de resolvê-las com eficiência.

Engenheiros e analistas usam computadores para realizar esses cálculos para simular o fluido que flui livremente e sua interação com as superfícies. Usando computadores ou supercomputadores sofisticados, você pode obter soluções precisas com alta velocidade, mesmo para os problemas mais complexos.

CFD é usado em várias áreas, tais como:

• Engenharia aeroespacial para simular a aerodinâmica de aeronaves, fluxo turbulento / laminar, fluxo compressível / incompressível, projeto de aerofólio, máquinas rotativas, etc.
• Fabricação de eletrônicos, como simulação de bateria, resfriamento e muito mais
• Aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC)
• Automóveis para simular a aerodinâmica de peças automotivas, tubos e válvulas
• Prevenção de cavitação
• Equipamentos esportivos e muito mais

Como funciona a análise de CFD?

Em geral, a análise de CFD envolve três fases principais:

Pré-processamento: É quando o problema de fluxo de fluido se transforma em um modelo de computador discreto e ideal. Engenheiros e analistas fazem algumas suposições com base no tipo de fluxo, como compressível, incompressível, estável, transiente, viscoso, não viscoso, etc. Eles também criam uma malha e aplicam condições de limite nas superfícies de interação.

Resolvendo: a análise CFD usa solucionadores poderosos que realizam cálculos reais nos problemas de fluxo de fluido ou equações e traz soluções precisas e rápidas.

Pós-processamento: Os analistas visualizam e analisam os resultados na fase final para concluir em forma de tabelas, gráficos, imagens em movimento, etc.

Quais são os benefícios da análise de CFD?

A análise de CFD é benéfica no desenvolvimento de produtos de várias maneiras:

# 1. Eficiência

Analisar e resolver equações complexas levaria muito tempo se feito manualmente por meio de testes e cálculos convencionais. Mas o software de análise CFD pode resolver equações de fluxo de fluido complexas com alta velocidade e precisão, economizando tempo e esforços.

# 2. Mais Flexibilidade

Você pode medir quantidades limitadas por vez por meios manuais. No entanto, a análise CFD permite medir todas as quantidades físicas que você deseja simultaneamente com altas resoluções devido ao poder de computação excepcional. Isso ajuda a mover seu projeto rapidamente para testes físicos e manufatura.

# 3. Feedback prático

Os engenheiros podem criar projetos e testar a eficiência antes da construção com a ajuda da análise CFD. Permite alterar a forma, estrutura, tamanho, escala, etc. do seu modelo, facilmente no software e finalizar o mais eficiente.

# 4. Experiência do mundo real

A simulação inclui vários fenômenos e condições do mundo real, como movimento do vento, gravidade, velocidade da luz, etc. Portanto, você pode gerar condições ambientais e testar seus projetos contra essas condições para compreender seu desempenho e comportamento.

Agora, vamos dar uma olhada em algumas das melhores ferramentas de análise de CFD do mercado.

Autodesk CFD

Autodesk CFD é um software de simulação de CFD muito bom para analistas e engenheiros preverem o fluxo e o comportamento de gases e líquidos de forma inteligente. Isso ajuda a minimizar os requisitos de diferentes protótipos físicos para obter insights detalhados sobre um fluxo de fluido para desempenho de design.

Você obtém muitos recursos neste software CFD e ferramentas de simulação térmica que funcionam com desempenho superior. O uso da ferramenta permite comparar projetos para compreender o comportamento dos fluidos dentro deles antes de passar para a produção. Além disso, você pode melhorar a distribuição de pressão para aplicações de controle de fluxo e resolver equações para todos os modelos de transferência de calor, de sólido-sólido ou sólido-fluido.

O Autodesk CFD permite que você o conecte ao Fusion 360 para permitir a modificação e simplificação do CAD. Você também pode usar automação de malha e geometria para dimensionamento de malha, executar várias análises em servidores HPC, remotos ou localmente para resolver grandes modelos com flexibilidade.

O software permite otimizar o projeto para melhorar a eficiência do edifício para aplicações MEP e arquitetônicas. Você também pode simular uma interface entre gases e líquidos, modelar vários fenômenos de fluxo, como derramamento, respingos e ondas, e desenvolver equações personalizadas para obter resultados visuais.

Mais recursos que você pode encontrar no Autodesk CFD são conexões CAD, simulação do desempenho do componente do dissipador de calor e rastreamento de partículas para entender melhor as direções de fluxo e circulações. Ele também permite a mistura escalar, modelagem de radiação, análise de dispositivos rotativos e modelagem de condensação e umidade.

Além disso, a análise de cargas de aquecimento solar e visibilidade de fumaça, interface de usuário limpa e personalizável, resultados baseados em dados e script de automação por meio de uma API também são recursos valiosos neste software CFD.

SimScale

O software CFD da SimScale é baseado em nuvem que permite testar, validar, otimizar e iterar seus projetos por meio de simulação online. Ele ativa todos os processos em um navegador da web, para que você não precise lutar com capacidade computacional limitada, altos custos e acessibilidade.

Como as simulações de transientes precisam de mais dinheiro e tempo para produzir resultados precisos, o software CFD da SimScale resolve esse problema. Este solver baseado em GPU utiliza o método Lattice-Boltzmann (LBM) para oferecer alta precisão e velocidade incomparável.

Eles também colaboraram com a Numeric Systems GmbH para criar esse recurso out-of-the-box usando Pacefish. Como resultado, os tempos de simulação transitória foram reduzidos de dias e semanas para minutos e horas. Além disso, o software é executado em várias GPUs em paralelo e oferece tempos de resposta 20 a 30 vezes mais curtos do que os processos padrão.

SimScale oferece suporte a vários tipos de modelagem de turbulência, como Smagorinsky, k-omega SST, Hybrid SST-IDDES e SST-DDES. Como a compressibilidade do fluido é uma consideração vital, a ferramenta oferece suporte a simulações para fluidos compressíveis e incompressíveis com precisão para ajudá-lo com um design e desenvolvimento de produto mais seguro e de qualidade.

O software CFD da SimScale pode resolver equações complexas de fluxo de fluido com métodos numéricos precisos. Portanto, é aplicável para projetar componentes de aviões, aerofólios, dutos, válvulas e muito mais. Ele também funciona para fluxos turbulentos e laminares, além de simulações transitórias e constantes. Portanto, é útil para projetar tubos, propagação de fumaça, sala limpa e separadores de ciclone.

O software oferece recursos de simulação térmica, modelagem de multiespécies ou fluxo multifásico com a ajuda do método Volume of Fluid (VoF). Ele também utiliza o solucionador OpenFOAM para analisar dois fluidos sem mistura, como água e óleo, úteis para engenharia de processos e aplicações marítimas.

Execute simulações de estado estacionário usando quadro de referência múltiplo (MRF) ou condições de contorno rotativas junto com simulações transitórias com Interface de malha arbitrária (AMI). Você também pode simular e avaliar o movimento do corpo sólido envolvendo 6 graus de liberdade (DoF), adequado para construção naval e projetos de tubos.

Ansys

Todo engenheiro de projeto deve ter usado ou pelo menos ouvido falar do Ansys, que oferece excelentes ferramentas de simulação de CFD para ajudá-lo a tomar decisões melhores e mais rápidas. Suas simulações de CFD fornecem resultados precisos e alto poder de computação e foram validadas por sua qualidade.

As ferramentas CFD são intuitivas e poderosas para ajudá-lo a melhorar a segurança e o desempenho do seu produto, reduzindo os esforços e o tempo de desenvolvimento. Além disso, garantem poucos ou nenhum erro e oferecem a grande possibilidade de inovar e produzir produtos otimizados usando solvers eficientes e de nível industrial.

Esteja você procurando maneiras de realizar simulações de gelo em vôo eficazes ou maximizar a eficiência do motor de combustão interna (IC), o Ansys tem ferramentas para ajudá-lo. Eles são fáceis de usar e avançados para economizar seu tempo e ajudar a aumentar sua produtividade.

Alguns dos produtos CFD que oferecem são:

• Ansys Fluent para modelagem avançada com alta precisão
• Ansys CFX para velocidade, robustez e precisão excepcionais em aplicações de turbomáquinas
• Ansys Chemkin-Pro é uma ferramenta CFD premium para modelar sistemas complexos que reagem quimicamente

Além disso, eles fornecem outras ferramentas relacionadas, como Ansys BladeModeler, Ansys Rocky, Ansys Vista TF, Ansys TurboGrid, Ansys Polyflow, Ansys Model Fuel Library, Ansys FENSAP-ICE, Ansys EnSight e Ansys Forte.

OpenFOAM

Lançado em 2004, o OpenFOAM é um software CFD de código aberto e gratuito desenvolvido pela OpenCFD. Ele tem uma base de usuários significativa em todo o mundo na maioria das regiões de ciência e engenharia, incluindo organizações acadêmicas e comerciais.

O OpenFOAM oferece muitos recursos aplicáveis ​​para resolver fluxos de fluidos simples a complexos, como reações químicas, transferência de calor, turbulência, mecânica de sólidos, eletromagnética e acústica. Além disso, a comunidade de desenvolvedores do OpenFOAM continua contribuindo para o seu desenvolvimento e também inclui desenvolvimentos patrocinados pelo cliente para lançar novas versões a cada 6 meses.

Ele é testado de forma independente por especialistas em aplicativos do ESI-OpenCFD, clientes selecionados e parceiros de desenvolvimento. Eles realizam testes rigorosos no software para garantia de qualidade. O processo de avaliação, validação e verificação do código inclui centenas de testes de unidade diariamente.

Módulo CFD

O software de modelagem CFD da Consol - Módulo CFD permite definir modelos e resolvê-los para estudar sistemas com fluxo de fluido. Ele também funciona para sistemas que contêm uma combinação de fluxo de fluido e fenômenos físicos, o que significa que funciona para fluxos monofásicos e multifásicos.

O Módulo CFD oferece ferramentas para modelar os pilares de diferentes análises de fluxo de fluido, tais como:

• Fluxos compressíveis e incompressíveis
• Fluxos turbulentos e laminares
• Fluxo em meios livres ou porosos e áreas abertas
• Fluxo de filme fino

O software implementa esses recursos por meio de interfaces de fluxo de estrutura para definir, analisar e resolver problemas de fluxo transiente e de estado estacionário em 3D, 2D e 2D com simetria axial. Além disso, oferece funcionalidade personalizada para resolver problemas relativos ao fluxo com um alto número de Mach, fluxos não newtonianos e máquinas rotativas.

O Módulo CFD pode modelar fluxos de reação e transferir transferências de calor no mesmo ambiente para permitir que você analise problemas de fluxo simultaneamente. Além disso, ele oferece mais recursos multifísicos, como interação fluido-estrutura, que você pode ativar combinando o software com outros módulos Comsol.

Simcenter

Analise e preveja o desempenho do produto no mundo real com a ajuda do software de simulação Simcenter CFD da Siemens. Esta ferramenta de análise CFD líder do setor oferece uma simulação rápida e precisa de vários problemas de engenharia envolvendo fluidos, estruturas e física relacionada.

Quer você seja um designer, engenheiro CFD ou pesquisador, o software pode ajudá-lo a analisar problemas complexos de fluxo de fluidos e transformar as percepções obtidas no desenvolvimento de produtos inovadores. Ele também pode simular problemas envolvendo várias partes móveis e interagindo facilmente usando metamorfose de malha, malha excessiva ou uma combinação dos dois.

Além disso, você pode usar recursos de malha móvel para simulações estáveis ​​ou transitórias e estudos paramétricos. Isso fornece uma maneira fácil de substituir ou reposicionar um objeto e estudar diferentes configurações de projeto. O software Simcenter CFD fornece recursos de modelagem Lagrangiana e Euleriana para atender às diversas necessidades de simulação com precisão.

Sem mencionar que este é o primeiro simulador comercial de engenharia que inclui um recurso DEM com simulação numérica de fluxo. Ajuda a analisar como os fluxos turbulentos interagem com os fluxos de reação para garantir que o produto funcione bem sob várias condições operacionais.

Além disso, você obtém uma extensa biblioteca contendo modelos precisos para prever fontes de aeroacústica como modelos de estado estacionário, DES / LES e modelos de propagação. Você também pode usar simulações de bateria usando especificações geométricas e desempenho para validar seu design de bateria de íon de lítio digital.

Flowsquare

Outro software CFD gratuito nesta lista é o Flowsquare - um software CFD bidimensional para analisar fluxos de fluidos instáveis ​​e não reativos / reativos junto com fluxos subsônicos ou supersônicos. Ele oferece um ambiente prático para análise de CFD e visa aproximar mais pessoas dessa tecnologia e simular fluxos para alimentar seus interesses acadêmicos ou educacionais.

A maioria das ferramentas comerciais de CFD tem custos elevados e precisa de experiência e recursos computacionais pesados, nem todos podem usá-los, mas o Flowsquare é gratuito e projetado para ser fácil de usar. Não requer proficiência em habilidades como malha, programação CAD e pré / pós-processamento. Você pode começar esboçando um campo de simulação simples usando qualquer ferramenta de pintura como o Microsoft Paint.

Defina o domínio de computação usando 1-2 imagens bitmap e um único arquivo de texto. Aqui, você pode realizar a visualização em tempo real e salvá-la como arquivos Bitmap. Possui ferramentas de visualização integradas para cores, contornos vetoriais, partículas Lagrangianas e gráficos.

O Flowsquare usa condições e esquemas numéricos altamente flexíveis, e os dados de simulação estão disponíveis em formato binário para pós-processamento. É usado em todo o mundo por indivíduos, empresas e institutos de educação para diversos fins.

ParaView

ParaView é um software de análise e visualização de dados multiplataforma e de código aberto. Ele permite que você crie visualizações rapidamente e analise seus dados com a ajuda de métodos qualitativos e quantitativos.

As simulações CFD do ParaView permitem que você estude a sustentação, arrasto, fluxo de ar, etc., para ajudar a aprimorar a eficiência do projeto. Também é capaz de analisar conjuntos de dados massivos com recursos de memória de computação distribuída. Além disso, você pode realizar a exploração de dados de forma interativa de forma programática ou em 3D usando os recursos de processamento em lote do software.

Você pode executar o ParaView em supercomputadores e analisar conjuntos de dados petascale ou em seu laptop para analisar dados menores. Essa versatilidade o torna aplicável a diferentes indústrias, universidades e laboratórios nacionais. Além do mais, ele ganhou vários prêmios devido à sua alta computação e desempenho.

Aproveite o ParaView para seu próximo projeto e se beneficie de seus serviços avançados e soluções de P&D. Você também pode participar do Fórum ParaView e ficar atualizado sobre os desenvolvimentos mais recentes. A ferramenta é excelente para muitos casos de uso, como:

• As Ferramentas de Análise de Dados Climáticos (CDAT) ajudam os analistas a monitorar, prever e rastrear as mudanças climáticas.
• Simulações de CFD ajudam as equipes de aviação a analisar e estudar a sustentação e o arrasto
• Explorar dados envolventes de forma intuitiva.
• ParaView Catalyst e PHASTA ajudam na simulação de CFD de controle de fluxo com alta fidelidade para perfis de asa.
• Simulação ALEGRA em uma placa de cerâmica usada na penetração do jato de carga moldado
• O conector NVIDIA Omniverse ParaView permite que os cientistas analisem dados climáticos e meteorológicos interativamente junto com seus efeitos na Terra.

Altair

Se você deseja realizar modelagem CFD avançada ou estudar efeitos térmicos ou fluidos relacionados ao seu projeto, Altair pode ajudá-lo com suas ferramentas abrangentes. Ele fornece vários solvers escaláveis ​​e software CFD de pré e pós-processamento poderoso para testar o desempenho completo do sistema e analisar os componentes em detalhes.

Altair CFD usa um solver Navier-Stokes com ampla capacidade de análise para transferência de calor, fluxo, materiais não newtonianos e turbulência. Ele pode oferecer uma solução robusta, precisa e escalonável, independentemente da topologia e da qualidade dos elementos de malha.

Sua tecnologia avançada oferece energia otimizada e eficiência de custos com computação baseada em GPU para alto desempenho. Como resultado, você pode simular modelos complexos em um único servidor e calcular a aeroacústica de máquinas rotatórias como motores eletrônicos, energias renováveis ​​e ventiladores de resfriamento.

Você pode utilizar um fluxo de trabalho otimizado e dedicado no Altair HyperWorks com funcionalidades de execução, pré-processamento e pós-processamento do solver. Além disso, Altair CFD também usa o método Lattice Boltzmann (LBM) para prever propriedades aerodinâmicas em uma velocidade ultra-rápida para carros de passageiros, carros de corrida, veículos pesados ​​e caminhões leves.

Altair usa o solver Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) para prever fluxos em geometrias complicadas em um movimento complexo. Além disso, sua ferramenta Método de Elemento Discreto (DEM) simula e estuda o comportamento do material granular com precisão para carvões, grãos, fibras, pós, etc.

Você pode calcular Altair CFD e EDEM para simular interação de fluidos e partículas de forma realista e investigar sistemas complexos como leitos fluidizados, revestimento por spray, secagem, filtração e mistura sólido-líquido. Outras ferramentas neste pacote são Altair FlowSimulator para transferência de calor, fluxo e design de combustão, SimLab para resfriamento de eletrônicos e muito mais.

SOLIDWORKS

Se você for um usuário do SOLIDWORKS, gostará do software SOLIDWORKS Flow Simulation. Ele lida com problemas de fluxo de fluido usando análise numérica e oferece feedback dinâmico para o desempenho térmico e fluxo de fluido de seus produtos.

Usando recursos de otimização paramétrica, você pode automatizar a análise e o processo de projeto para encontrar a melhor iteração de projeto em um ambiente CAD familiar. As ferramentas permitem simular uma variedade diferente de gases e líquidos em diferentes cenários.

Suas aplicações típicas são fluxo em torno de manifolds, resfriamento eletrônico, trocadores de calor e aerodinâmica. Você obtém muitas ferramentas de análise CFD para integração FEA, análise de sistema rotativo, análise de fluxo externo e interno, módulo de resfriamento eletrônico, dinâmica de superfície livre, estudo de partículas e módulo HVAC.

Este software CFD se integra ao SOLIDWORKS e usa a interface CAD para análise. Ele pode reconhecer o volume do fluido automaticamente em um projeto dependendo do tipo de análise e permite que você execute vários cenários CFD e crie modelos de análise com entradas e parâmetros precisos. Você também pode aproveitar a malha dinâmica com o refinamento automático da malha para atividade de alta fluidez.

Conclusão

O software de análise CFD permite que você visualize e analise problemas relacionados ao fluxo de fluido, transferência de calor, etc., no projeto do produto. Você pode resolver esses problemas com rapidez e precisão para permitir um design e desenvolvimento de produtos mais seguros e de qualidade.