Mécanique des fluides numérique - Simulation CFD

La conception assistée par ordinateur (CAO) et la mécanique des fluides numérique (CFD) sont des outils distincts, mais interdépendants, utilisés dans les processus d’ingénierie et de conception. La CAO se concentre sur la création de représentations numériques détaillées en 2D ou 3D d’objets physiques, permettant aux ingénieurs de visualiser, concevoir et prototyper des produits, des structures ou des systèmes. La CAO s’intéresse principalement à la géométrie, aux cotes et aux relations spatiales.

La CFD, quant à elle, consiste à simuler et à analyser le comportement de fluides, tels que des gaz ou des liquides, à l’intérieur ou autour de ces objets conçus par CAO. La CFD permet de prédire l’écoulement des fluides, la distribution de la température, la pression et d’autres paramètres. Tandis que la CAO crée la conception, la CFD évalue ses performances en optimisant certains aspects tels que l’aérodynamique, le transfert de chaleur et le transport des fluides. En résumé, la CAO facilite la création de conceptions, tandis que la CFD se concentre sur l’évaluation de l’interaction des systèmes conçus avec les fluides.

La mécanique des fluides numérique (CFD) est un outil polyvalent utilisé dans diverses industries et applications. Elle est principalement utilisée pour analyser et simuler le comportement des fluides, y compris les gaz et les liquides. Les principales applications de la CFD comprennent l’aérodynamique dans la conception aérospatiale et automobile, l’optimisation des systèmes CVC pour une meilleure efficacité énergétique, et l’amélioration des performances des turbomachines telles que les pompes et les turbines.

La CFD aide les domaines pharmaceutique et biomédical dans l’analyse de l’administration des médicaments et la simulation du flux sanguin. La CFD joue un rôle déterminant dans les études environnementales, en évaluant la dispersion des polluants et l’écoulement naturel de l’eau. Les prévisions météorologiques s’appuient sur la CFD pour modéliser les conditions atmosphériques. En outre, la CFD joue un rôle essentiel dans les processus industriels, tels que l’optimisation de la combustion dans la production d’énergie et l’évaluation de la dynamique des fluides dans le génie chimique.

Conservation de la masse : Équation de continuité

Conservation de l’énergie cinétique : Deuxième loi de Newton

Conservation de l’énergie : Première loi de la thermodynamique ou équation de l’énergie

La CFD peut s’avérer extrêmement bénéfique dans un large éventail d’industries et d’applications. Que vous soyez ingénieur, scientifique ou concepteur, la CFD fournit des informations précieuses sur le comportement des fluides et propose des solutions à des problèmes complexes. Elle permet d’optimiser les conceptions pour en améliorer les performances, de réduire le recours à des prototypes physiques coûteux et d’accélérer le développement de produits. La CFD aide à comprendre le flux d’air, le transfert de chaleur et la distribution de la pression, ce qui est crucial dans des domaines tels que l’aérospatiale, l’industrie automobile, la CVC et les turbomachines. Elle joue également un rôle essentiel dans la recherche médicale et environnementale, en offrant des informations sur l’administration de médicaments, la circulation sanguine et la dispersion des polluants. Par définition, la CFD est un outil puissant pour la résolution de problèmes et l’innovation dans divers domaines.

La mécanique des fluides numérique (CFD) est fondée sur les équations de Navier-Stokes, qui constituent la base de la modélisation des écoulements de fluides monophasiques. Des simplifications conduisent aux équations d’Euler et aux équations de potentiel complet en éliminant les modalités liées à la viscosité et à la vorticité. Des équations de potentiel linéarisées ont émergé pour les écoulements subsoniques et supersoniques. Les premières méthodes 2D, telles que les transformations d’écoulement autour des cylindres et des profils aérodynamiques, ont été développées dans les années 1930. Les calculs basés sur les différences finies de Lewis Fry Richardson et son livre « Weather Prediction by Numerical Process » ont jeté les bases de la CFD. Les calculs CFD effectués dans les années 1940 à l’aide de l’ENIAC ont suivi les techniques de Richardson, façonnant ainsi l’évolution du domaine.