XFLOW

La simulation des écoulements par la méthode de Lattice Boltzmann

La simulation des écoulements par la méthode de Lattice Boltzmann.

Au cours des trente dernières années la simulation numérique des écoulements a été massivement déployée dans tous les secteurs industriels.

A ce jour, Les logiciels commerciaux les plus populaires résolvent les équations de Navier Stokes moyennées (RANS), nécessitant la création d’une discrétisation de l’espace fluide par un maillage structuré ou non-structuré, étape préalable indispensable pour la résolution des équations.

Par ailleurs, la modélisation de l’écoulement à proximité des parois, et la représentation de la turbulence par les équations de Navier Stokes, nécessite l’évaluation de coefficients empiriques parfois délicats à estimer.

Par construction les méthodes RANS sont adaptées à la simulation des écoulements stationnaires.

L’obligation de discrétiser l’écoulement par un maillage limite fortement les possibilités de prise en compte de corps mobiles dans les écoulements.

L’approche de Lattice Boltzmann sur réseau, implémentée dans XFlow, propose une alternative complémentaire aux méthodes RANS apportant une forte valeur ajoutée pour la simulation des écoulements instationnaires, avec la présence éventuelle de corps mobiles.

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avec XFlow

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S’affranchir des tâches fastidieuses de maillage du volume fluide

XFlow propose une stratégie de résolution affranchissant l’utilisateur des tâches longues et fastidieuses de génération du maillage.

En effet, la discrétisation du volume fluide est intégralement prise en charge par le logiciel dès le lancement de la résolution. Cette discrétisation est réalisée en générant un réseau de points où seront calculées les grandeurs physiques de l’écoulement. La création de ce réseau prend quelques minutes seulement.

Ainsi, la mise en données d’une simulation avec XFlow est grandement simplifiée. Une fois la définition géométrique disponible, l’utilisateur doit juste l’importer (au format STEP la plupart du temps) dans l’interface XFLow, définir les cinématiques des corps mobiles présents dans l’écoulement, définir les conditions aux limites et les propriétés du fluide.

La complexité de la géométrie n’influence pas le temps de mise en données du modèle. La prise en compte des corps mobile est naturelle du fait de l’absence de maillage du volume fluide.

Bénéficier d’une technologie nouvelle à fort potentiel

XFlow est une solution évoluant rapidement pour répondre aux demandes du marché. Elle représente un saut technologique dans son domaine avec des algorithmes modernes, performants et précis.

Edité par la société Next Limit, l’évolution rapide du logiciel permet de traiter aujourd’hui une grande variété de sujets comme la thermique, les écoulements dans des milieux poreux, les écoulements de fluides non newtoniens, la modélisation en phase discrète (DPM), les écoulements multi phasiques, l’aéro-acoustique et prochainement, les écoulements en régimes transsoniques et supersoniques.

A l’écoute des industriels, Next Limit conduit des projets spécifiques pour vous aider à simuler de nouveaux phénomènes .

XFlow vous permettra de :

Simplifier et réduire les délais de mise en œuvre des simulations des écoulements;
Simuler les écoulements autour de géométries complexes ;
Simuler les écoulements dans les écoulements avec des corps mobiles (structures tournantes, volets mobiles par exemple), ou avec des conditions limites variables dans le temps (ouverture de clapets, de vannes …);
Simuler les écoulements à surfaces libres (jets, lubrification …)

Aérodynamique

Pour les simulations aérodynamiques, XFlow réduit significativement les temps de simulation, permets d’étudier les écoulements lors des manœuvres des véhicules (changement d’incidence en aéronautique, dépassement dans l’automobile …), et rends possible la simulation des corps mobiles (rotors d’hélicoptères, volets mobiles, sortie de train d’atterrissage …).

Au voisinage de la structure, une discrétisation fine garantit la représentation précise de l’écoulement, la couche limite étant, quant à elle, modélisée par une loi de paroi.

Grâce à un algorithme d’adaptation automatique du réseau (basé sur les variations d’intensité du rotationnel de l’écoulement), la capture des zones tourbillonnaires sera prise en charge automatiquement lors de la résolution. La détection des régions turbulentes sera automatique, et leur simulation plus précise.

Pour calculer l’écoulement dans ces régions, une approche LES (Large Eddy Simulation), mixte est utilisée. Elle permet de modéliser les tourbillons sous une certaine échelle, et de résoudre l’écoulement pour les tourbillons de plus grande taille (Wall Adapting Local Eddy). Cette stratégie permet d’obtenir un excellent compromis qualité des résultats/ performances.

Ecoulements multiphasiques – surfaces libres

Les derniers développements de XFLow (version 2016) permettent à présent de prendre en compte plusieurs phases dans les écoulements.

Les écoulements peuvent comporter deux phases liquides, ou deux phases gazeuses ou bien, une phase liquide et une phase gazeuse.

La simulation de ces écoulements, le plus souvent instationnaires, ouvre un vaste champs d’application particulièrement bien adaptés à la mise en œuvre de XFlow.

Les cas d’application sont, par exemple, la simulation des jets, des injecteurs, de la lubrification de mécanismes, et des mélanges, ou le ballotement d’un fluide dans un réservoir.

Interactions fluide / structure

XFlow dispose propose un solveur multi corps, qui offre la possibilité de tenir compte de l’influence des corps mobiles sur les écoulements, ou inversement, de représenter la mise en mouvement d’un corps mobile sous l’action du fluide.

La mise en œuvre d’une simulation avec corps mobiles est réalisée naturellement, et nécessite uniquement la description du mouvement de la pièce, ou bien de l’assemblage (en définissant la nature des liaisons entre les différentes pièces qui le constituent).

Les corps mobiles peuvent être pilotés (mouvement imposé), ou bien se déplacer sous l’action du fluide (clapets, vannes, pompes). Les interactions entre les corps lors de leur déplacement peuvent être simuler.

XFlow peut être couplé avec un solveur multi corps externe pour simuler l’action d’un fluide sur un assemblage ou un système. Actuellement XFlow peut être couplé à Adams ou Adams Car pour, par exemple, simuler l’influence d’un vent latéral sur la trajectoire d’un véhicule. Dans les couplages avec Adams les corps sont supposés rigides.

Pour les corps déformables, XFlow peut être couplé avec un solveur élément finis, afin calculer la déformation d’une paroi souple sous l’action d’un fluide, et également la modification de l’écoulement résultant du changement de forme.

Thermique

Xflow propose un solveur thermique permettant de simuler la diffusion de la chaleur dans le domaine fluide (refroidissement de cartes électroniques par exemple).

Les échanges thermiques entre le domaine fluide et la structure baignée par le fluide sont représentés. La propagation de la chaleur par conduction dans le (ou les) solide(s) est calculée. L’échauffement par rayonnement peut, dans certain cas, également être prise en compte.

Bénéfices de XFlow

Simuler des phénomènes difficilement abordables avec les méthodes traditionnelles;
Simplifier la mise en œuvre de la simulation numérique des écoulements (SNE ou CFD), et de son intégration dans les processus de conception et d’optimisation;
Réduire le temps de mise en œuvre de la simulation (jusqu’à 10 à 20 fois plus rapide dans certain cas);
Affranchir l’ingénieur et les concepteurs des tâches fastidieuses de maillage, réduire les coûts en ressources humaines de la simulation numérique des écoulements.

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