Nouveautés du module CFD

Pour les utilisateurs du module CFD, la version 6.0 de COMSOL Multiphysics® apporte des interfaces pour la simulation d'écoulements en machines tournantes, une nouvelle fonctionnalité pour les simulations des grandes échelles (LES, Large Eddy Simulation) et plusieurs nouveaux tutoriels. Découvrez ces mises à jour et une sélection d'autres nouveautés ci-dessous.

Machines tournantes, écoulement à haut nombre de Mach

Dans cette nouvelle version, le module CFD permet la formulation de problèmes d'écoulement à haut nombre de Mach dans les machines tournantes. Une nouvelle branche Machines tournantes, écoulement à haut nombre de Mach contient des interfaces physiques qui définissent les équations de conservation de la quantité de mouvement, de continuité et de conservation d'énergie pour les écoulements laminaires et turbulents. Les utilisations typiques incluent la modélisation de turbomachines, hélices et rotors d'hélicoptères.

Un modèle 3D avec deux pales en rotation sur lequel est affiché l'écoulement dans la palette de couleur Arc-en-ciel. Visualisation de l'écoulement autour de deux pales 3D en rotation à partir d'un problème de référence pour un écoulement tournant à haut nombre de Mach.

Traitement automatique des parois pour la simulation des grandes échelles (LES)

Pour les interfaces LES, le traitement automatique des parois a été ajouté, qui permet d'utiliser un maillage légèrement plus grossier près des parois qui offrent le moins d'intérêt pour la modélisation. Cela réduit considérablement le coût du calcul mais ne diminue pas nécessairement la précision de la solution de l'écoulement loin des parois en utilisant la LES. Le traitement automatique des parois peut être utilisé pour modéliser les phénomènes de séparation par des arêtes vives, puisque la transition de la couche limite du laminaire au turbulent est alors instantanée.

Un modèle de voiture de sport sur lequel les lignes de courant de l'écoulement sont affichées dans la palette de couleurs Arc-en-ciel. Ecoulement autour d'une voiture de sport modélisé avec le traitement automatique de la paroi en LES.

Lois de paroi thermiques pour la LES

Dans les cas où l'écoulement n'est pas résolu jusqu'à la paroi, les lois de paroi doivent également être utilisées pour le transfert de chaleur. Dans la version 6.0 de COMSOL Multiphysics®, les lois de paroi pour le transfert de chaleur sont disponibles pour la LES lorsqu'elles sont combinées avec le traitement automatique de la paroi pour l'écoulement. Les lois de paroi thermiques sont automatiquement ajoutées lorsque le paramètre Traitement des parois est réglé sur Automatique dans l'interface LES. Cette approche peut être utilisée pour la séparation à partir d'arêtes vives et la séparation par forces de flottabilité perpendiculairement à une surface lisse.

Un modèle 3D sur lequel les lois de parois thermiques sont affichées dans la palette de couleurs Caméra thermique. Lois de paroi thermiques pour de la convection libre et un écoulement conjugué fluide solide en utilisant un modèle de LES.

Bruit induit par un écoulement

Une méthode hybride de calcul aéroacoustique (CAA) est introduite pour la modélisation du bruit induit par un écoulement. Elle est basée sur un couplage unidirectionnel entre les sources provenant de l'écoulement turbulent et les équations acoustiques. La méthode suppose qu'il n'existe pas de rétroaction du champ acoustique vers l'écoulement. La méthode de calcul repose sur la discrétisation par éléments finis de l'analogie acoustique de Lighthill (équation des ondes). Cette formulation des équations garantit que toutes les frontières solides, qui peuvent être fixes ou vibrantes, sont implicitement prises en compte. Deux options de bruit induit par l'écoulement sont disponibles: l'analogie de Lighthill et l'analogie plus simple de l'équation d'onde aéroacoustique (AWE).

La nouvelle fonctionnalité repose sur le couplage d'un modèle d'écoulement de type LES (Large Eddy Simulation), résolu à l'aide du module CFD, à la fonctionnalité Source de l'écoulement aéroacoustique dans Pression acoustique, domaine fréquentiel. Le couplage est réalisé en utilisant le couplage multiphysique Source de l'écoulement aéroacoustique, couplage et l'étude dédiée Projection transitoire. Notez que cette fonctionnalité nécessite le module Acoustics.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montrant le Constructeur de modèles avec le noeud de couplage Source de l'écoulement aéroacoustique en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante et un modèle de cylindres en tandem dans la fenêtre graphique. Interface utilisateur contenant plusieurs interfaces et fonctionnalités: la fonctionnalité Source de l'écoulement aéroacoustique dans Pression acoustique, domaine fréquentiel, le couplage multiphysique Source de l'écoulement aéroacoustique, couplage, l'étape d'étude Projection transitoire, FFT, et l'étude Domaine fréquentiel. Le modèle est une simulation du problème de référence tandem cylinder.

Transport de phase avec modèle de mélange en machine tournante

Pour les utilisateurs disposant également du module Mixer, vous pouvez désormais simuler la séparation de phases avec plusieurs phases dispersées dans des machines tournantes où la force centrifuge peut être utilisée pour fractionner les particules selon leur densité, leur taille et leur forme. Une nouvelle branche Machine tournante, transport de phase, modèle de mélange contient des interfaces multiphysiques prédéfinies qui facilitent la mise en place de ces modèles. Ces interfaces peuvent aussi être utilisées pour simuler le mélange de plusieurs phases qui, autrement, se sépareraient par sédimentation ou par l'effet des forces de flottabilité.


Densité d'un mélange de particules lourdes et légères dans un réservoir en rotation avec un fond de forme conique. Les particules lourdes forment un sédiment sur la partie extérieure de la cuve, tandis qu'un mélange d'eau et de particules légères est continuellement compacté au centre de la cuve.


Un mélange d'eau et de particules lourdes et légères dans la cuve d'un mélangeur. Sans agitation, les particules légères (coupe avec un gradient rouge) flottent vers le haut et les particules lourdes (coupe avec un gradient bleu) coulent vers le bas. Le brassage permet de mélanger à nouveau les phases.

Glissement poreux pour les Equations de Brinkman

La couche limite d'un écoulement en milieu poreux peut être très mince et impossible à résoudre dans un modèle d'équations de Brinkman. La nouvelle fonctionnalité de traitement des parois Glissement poreux permet de prendre en compte les parois sans résoudre le profil de vitesse complet de l'écoulement dans la couche limite. On applique à la place une condition de contrainte au niveau des surfaces. En utilisant un profil asymptotique pour la vitesse dans la couche limite, on obtient une précision convenable des résultats dans l'écoulement. La fonctionnalité s'active dans la fenêtre de réglages de l'interface Equations de Brinkman et est ensuite utilisée comme condition de paroi par défaut. Cette nouvelle fonctionnalité est utilisable dans la plupart des modèles impliquant des écoulements en milieu souterrain décrits par les équations de Brinkman et pour lesquels le domaine de simulation est de grande taille.

Une vue rapprochée du Constructeur de modèles avec le noeud Equations de Brinkman en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante, et un modèle de réacteur poreux dans la fenêtre graphique. L'option Glissement poreux est disponible dans la fenêtre de Réglages de l'interface Equations de Brinkman.

Transfert de chaleur en milieu poreux

La fonctionnalité de transfert de chaleur en milieu poreux a été remaniée pour la rendre plus conviviale. Un nouveau domaine physique Milieu poreux est désormais disponible sous la branche Transfert de chaleur et comprend les interfaces Transfert de chaleur en milieu poreux, Non-équilibre thermique local et Transfert de chaleur en lit fixe. Toutes ces interfaces ont un fonctionnement similaire, la différence étant que le noeud Milieu poreux par défaut dans toutes ces interfaces a l'une des trois options suivantes sélectionnée : Équilibre thermique local, Non-équilibre thermique local, ou Lit fixe. Cette dernière option a été décrite ci-dessus. L'interface Non-équilibre thermique local, qui a remplacé le couplage multiphysique, correspond à un modèle à deux températures: une pour la phase fluide et une pour la phase solide. Les applications typiques peuvent impliquer le chauffage ou le refroidissement rapide d'un milieu poreux en raison d'une forte convection dans la phase liquide et d'une forte conduction dans la phase solide, comme dans les mousses métalliques. Lorsque l'interface Équilibre thermique local est sélectionnée, de nouvelles options de calcul sont disponibles pour définir la conductivité thermique effective en fonction de la configuration du milieu poreux.

En outre, les variables de post-traitement ont été unifiées et sont disponibles pour les quantités homogénéisées pour les trois types de milieux poreux. Découvrez les ajouts liés aux milieux poreux dans ces tutoriels existants:

Ecoulement non-isotherme en milieu poreux

La nouvelle interface multiphysique Ecoulement non-isotherme, équations de Brinkman ajoute automatiquement le couplage entre le transfert de chaleur et l'écoulement en milieu poreux. Elle combine les interfaces Transfert de chaleur en milieu poreux et Equations de Brinkman. Cette nouvelle fonctionnalité est illustrée dans le tutoriel existant Convection naturelle en milieu poreux.

Une structure poreuse sur laquelle la température est affichée dans la palette de couleur Caméra thermique. Le tutoriel de convection naturelle en milieu poreux utilise la nouvelle fonctionnalité d'écoulement non-isotherme. On indique la température (K) dans la structure poreuse soumise à une différence de température et dans laquelle on observe la convection naturelle.

Ecoulement diphasique en milieu poreux

Une nouvelle interface multiphysique combine les interfaces Equations de Brinkman et Level set, et ajoute automatiquement un noeud de couplage Ecoulement diphasique, Level Set. Elle résout la conservation de la quantité de mouvement et l'équation de continuité avec les équations de Brinkman. L'interface entre deux fluides non miscibles dans un milieu poreux est suivie avec la fonction level-set.

Modèle de résine injectée dans un moule vide, la résine étant affichée dans la palette de couleurs Aurora australis. Injection de résine dans un moule vide. La nouvelle interface est utilisée pour suivre le front d'injection. Le moule contient une entrée et trois sorties, ainsi qu'un bloc poreux au centre, et il est initialement rempli d'air.

Amélioration de la manipulation des matériaux poreux

Les matériaux poreux sont désormais définis dans la table Propriétés spécifiques de la phase du noeud Matériau poreux. Des sous-noeuds peuvent être ajoutés pour définir les caractéristiques du solide et du fluide, ou encore pour définir chaque phase. Cela permet d'utiliser un seul et même matériau poreux pour l'écoulement, le transport d'espèces chimiques et le transfert thermique sans avoir à dupliquer les propriétés et paramètres du matériau.

Une vue rapprochée du Constructeur de modèles avec le noeud Matériau poreux en surbrillance, la fenêtre de réglages correspondante, et un modèle de réacteur à lit fixe dans la fenêtre graphique. Le nouveau noeud Matériau pour le Matériau poreux illustré sur un modèle multi-échelle de lit fixe.

Termes sources pour l'interface Equations shallow water

Les équations shallow water donnent une approximation 1D ou 2D des écoulements peu profonds en faisant une moyenne selon la profondeur. La pluie, les remontées d'eau locales, les dispositifs de pompage ou les contraintes aux frontières doivent être introduits comme termes sources dans les équations du modèle. Cela était auparavant possible via la vue des équations, mais il est désormais possible d'ajouter des sources de quantité de mouvement et de masse sous forme de réglages prédéfinis dans l'interface d'écoulement.

Nouvelle méthode d'approximation par complément de Schur pour le solveur Vanka

Une nouvelle méthode de factorisation approchée pour les blocs matriciels est ajoutée au solveur Vanka. Lorsque la méthode de Solveur bloc Factorisation directe avec stockage est utilisée, il y a désormais une option Utiliser une factorisation approchée qui utilise une approximation par complément de Schur pour les plus grands blocs. Cette méthode permet d'économiser beaucoup de mémoire et de temps CPU pour les blocs de grande taille, comme c'est le cas par exemple dans les modèles d'écoulement de fluides en 3D de taille importante, avec les conditions aux limites d'entrée entièrement développées. Cette méthode est disponible à la fois dans le solveur Vanka et dans le solveur SCGS avec l'option Vanka activée.

Nouveaux tutoriels

La version 6.0 de COMSOL Multiphysics® apporte de nouveaux tutoriels au module CFD.