CFD Module
Nuova interfaccia di flusso multifase: Three-Phase Flow, Phase Field
La nuova interfaccia Three-Phase Flow, phase field può essere utilizzata per modellare il flusso e l'interazione di tre diversi fluidi immiscibili quando si desidera studiare le posizioni esatte delle interfacce che separano i fluidi. Questo fenomeno è noto anche come Flusso con tracciamento di superfici separato. Le interfacce fluido-fluido sono tracciate usando una formulazione phase field ternaria che rappresenta le differenze nella densità e viscosità dei fluidi e include gli effetti della tensione superficiale. Il metodo phase field è in grado di gestire lo spostamento delle linee di contatto sui contorni a scorrimento nullo.
Nell'esempio a destra, una bolla di gas (la superficie grigia rappresenta l'interfaccia gas-liquido) sale attraverso uno strato di liquido pesante (la superficie blu rappresenta l'interfaccia liquido-liquido) e in un liquido più leggero. Una porzione del liquido pesante è trascinata nella scia della bolla di gas e trasportata nel liquido leggero, dove diventa negativamente galleggiante e ricade verso l'interfaccia liquido-liquido. Un grafico di superficie del modulo della velocità (il grafico di superficie arcobaleno) sopra una sezione trasversale centrale viene proiettato sulla parete del contenitore posteriore per migliorare la visualizzazione delle interfacce liquido-liquido e liquido-gas.
L'accoppiamento multifisico predefinito Three-Phase Flow combina un'interfaccia Laminar Flow con una Ternary Phase-Field. Il movimento delle interfacce fluido-fluido è determinato dalla minimizzazione dell'energia libera.
Sono disponibili varie librerie per i coefficienti di tensione superficiale liquido-liquido e liquido-gas. Nella funzione Wetted Wall, è possibile specificare gli angoli di contatto per le coppie di fluidi alle superfici solide.
Un flusso tra un gas e due liquidi, simulati con l'interfaccia Laminar Three-Phase Flow, Phase Field.
Un flusso tra un gas e due liquidi, simulati con l'interfaccia Laminar Three-Phase Flow, Phase Field.
Nuova interfaccia di matematica: Ternary Phase Field
La corrispondente interfaccia Ternary Phase Field, utilizzata per il tracciamento delle interfacce mobili fra tre fasi immiscibili nel CFD Module e nel Microfluidics Module, è anche un'interfaccia autonoma Mathematics.
Novità nell'interfaccia Rotating Machinery Fluid Flow: "Turbulent Flow, Algebraic yPlus" e "Turbulent Flow, L-VEL"
Nelle interfacce Rotating Machinery sono disponibili due modelli di flusso turbolento: Turbulent Flow, Algebraic yPlus e Turbulent Flow, L-VEL. Per questi modelli, la viscosità turbolenta è determinata utilizzando due diverse estensioni della legge di parete logaritmica. Il numero di Reynolds locale per questi modelli si basa sulla distanza dalla parete più vicina. Questo approccio è vantaggioso perché non richiede la soluzione di equazioni di trasporto supplementari e la specificazione di condizioni di entrata o uscita per le variabili di turbolenza. I modelli di turbolenza algebrici sono più economici dal punto di vista computazionale e anche più robusti (ma, in generale, meno precisi) dei modelli di turbolenza con equazione di trasporto come i modelli k−ε e k-ω.
Il campo di velocità e le linee di flusso (rappresentanti la viscosità turbolenta) in un miscelatore con girante a profilo d'ancora, simulato con il modello di turbolenza Algebraic yPlus.
Nuova funzione nell'interfaccia Rotating Machinery Fluid Flow Interface: Stationary Free Surface
Durante la soluzione di un flusso quasi stazionario con il tipo di studio Frozen Rotor, è ora possibile stimare la deformazione di una superficie libera dovuta all'effetto combinato del fluido e delle forze di volume (come la gravità). Una pressione media viene applicata sulla superficie selezionata nel calcolo del campo di moto. L'elevazione della superficie viene quindi valutata sulla base delle variazioni di pressione risultanti sul contorno in fase di postprocessing.
Linee di flusso e deformazione della superficie a causa del flusso intorno a un siluro. Il flusso quasi stazionario è calcolato con l'interfaccia Rotating Machinery, Fluid Flow utilizzando una simulazione Frozen Rotor. La turbolenza è modellata con il modello Algebraic yPlus e l'elevazione della superficie è ottenuta con la nuova funzionalità Stationary Free Surface.
Linee di flusso e deformazione della superficie a causa del flusso intorno a un siluro. Il flusso quasi stazionario è calcolato con l'interfaccia Rotating Machinery, Fluid Flow utilizzando una simulazione Frozen Rotor. La turbolenza è modellata con il modello Algebraic yPlus e l'elevazione della superficie è ottenuta con la nuova funzionalità Stationary Free Surface.
Ulteriori correlazioni per i coefficienti di scambio termico
La libreria dei coefficienti di scambio termico ha un nuovo coefficiente di correlazione per lo scambio termico convettivo per la convezione naturale attorno ad un cilindro verticale sottile. Questo coefficiente consente di sostituire una simulazione di flusso non isotermico con una condizione al contorno di flusso termico sulle superfici del cilindro per ridurre il costo computazionale della simulazione.
Nuova app: Inkjet Design
Inizialmente inventati per l'uso nelle stampanti, i getti d'inchiostro sono stati adottati in altre applicazioni, ad esempio nel settore life science e in microelettronica. Le simulazioni possono essere utili per approfondire la comprensione del flusso e prevedere la progettazione ottimale di un getto d'inchiostro per un'applicazione specifica.
L'app Inkjet Design consente di adattare la forma e il funzionamento di un ugello a getto d'inchiostro in base alla dimensione desiderata delle gocce, che dipende dall'angolo di contatto, dalla tensione superficiale, dalla viscosità e dalla densità del liquido iniettato. I risultati indicano inoltre se il volume iniettato si scompone in varie goccioline prima di ricomporsi al substrato in una sola gocciolina finale.
Il campo di moto è modellato dalle equazioni di Navier-Stokes per flussi incomprimibili insieme alla tensione superficiale utilizzando il metodo level set per tenere traccia dell'interfaccia fluida.
Schermate del processo di "strozzamento" durante la simulazione di un getto d'inchiostro. I grafici mostrano il profilo dell'impulso di iniezione (1D) e l'evoluzione temporale della dimensione delle goccioline (2D, 3D).
Nuova app: NACA Airfoil Optimization
Le proprietà aerodinamiche di un'ala, un'elica o la pala di turbina sono determinate in larga misura dalla forma precisa del profilo alare utilizzato. L'app NACA Airfoil Optimization calcola le due principali proprietà aerodinamiche (i coefficienti di resistenza e portanza) di un profilo NACA completamente parametrizzato. Può essere utilizzata per visualizzare l'effetto sull'aerodinamica delle modifiche apportate allo spessore del profilo alare, alla curvatura e alla lunghezza della corda.
Inserendo il numero di Reynolds del flusso nell'app, vengono scelte automaticamente le interfacce e le mesh appropriate in base a tale numero. Le simulazioni con un numero di Reynolds basso vengono eseguite con l'interfaccia Laminar Flow, mentre quelle con un numero di Reynolds alto utilizzano il modello di turbolenza di Spalart-Allmaras, che è stato sviluppato appositamente per le simulazioni del progetto di un profilo alare.
La geometria del profilo alare è totalmente parametrizzata ed è possibile scegliere di immettere le quote del profilo alare o lasciare che sia il solutore di ottimizzazione dell'app a trovare la geometria ottimale, al fine di massimizzare il rapporto portanza/resistenza.
Il flusso turbolento intorno a un profilo NACA calcolato utilizzando il modello di turbolenza di Spalart-Allmaras.
Nuova app: Water Treatment Basin
I bacini di trattamento dell'acqua sono utilizzati su scala industriale per rimuovere i batteri e altri agenti contaminanti, ad esempio per rendere l'acqua potabile.
L'app Water Treatment Basin modella il flusso turbolento ed i bilanci di materiale soggetto a reazioni chimiche. È possibile specificare le dimensioni e l'orientamento del bacino, dei deflettori e dei canali di ingresso e di uscita. È anche possibile impostare la velocità di ingresso, la concentrazione delle specie e la costante di velocità di reazione nella reazione di primo ordine.
L'app risolve il flusso turbolento attraverso il bacino e presenta il flusso risultante e campi di concentrazione così come lo spazio-tempo, l'emivita e la caduta di pressione.
Il modulo di velocità e le linee di flusso da una simulazione del flusso reagente in un bacino di trattamento dell'acqua.