Mises à jour du module CFD

Pour les utilisateurs du module CFD, la version 6.1 de COMSOL Multiphysics® fournit une nouvelle interface Detached Eddy Simulation, la possibilité d'utiliser des modèles de turbulence Navier–Stokes à moyenne de Reynolds (RANS) dans les domaines poreux, et des interfaces pour la modélisation du transport et des réactions des espèces chimiques en combinaison avec un écoulement à haut nombre de Mach. Plus d'informations sur les mises à jour du module CFD ci-dessous.

Interface Detached Eddy Simulation

Une nouvelle interface Detached Eddy Simulation (DES) formule une méthode hybride entre la méthode RANS et la simulation des grandes échelles (LES), où la méthode RANS est utilisée dans la couche limite et la méthode LES ailleurs. L'avantage de cette méthode est qu'elle nécessite un maillage moins raffiné de la couche limite par rapport à une approche LES complète. Cela réduit de façon importante les besoins en mémoire et le temps de calcul lors de la résolution des équations. Dans certains cas, cette amélioration des performances de calcul n'a qu'un impact mineur sur la précision. L'interface DES combine le modèle de turbulence Spalart-Allmaras avec les modèles LES : RBVM (residual-based variational multiscale), RBVMWV (residual-based variational multiscale with viscosity) ou Smagorinsky. Le traitement des parois pour Spalart-Allmaras s'effectue soit dans une approche bas Reynolds, soit par traitement automatique des parois.

Écoulement au-dessus d'un obstacle. (La direction principale est de gauche à droite.) Les zones roses proches des murs solides (haut et bas) utilisent automatiquement le modèle de turbulence Spalart–Allmaras, tandis que la méthode LES est utilisée ailleurs.

Modèles de turbulence RANS en milieux poreux

De nombreux systèmes impliquent la combinaison de domaines ouverts et poreux, comme les filtres et les convertisseurs catalytiques. Pour ces systèmes, il est souvent avantageux d'utiliser des modèles de turbulence RANS à la fois dans les domaines ouverts et poreux. Dans la liste Modèle de turbulence en milieu poreux, il y a maintenant trois options de formulation : Nakayama-Kuwahara, Pedras-de Lemos et Défaut (qui combine les deux autres modèles). Cette fonctionnalité est maintenant disponible dans les interfaces suivantes:

  • Turbulent Flow, k-ε
  • Turbulent Flow, k-ε réalisable
  • Turbulent Flow, k-ε bas Re
  • Turbulent Flow, k-ω
  • Turbulent Flow, SST
  • Turbulent Flow, v2-f

Un modèle de filtre à air montrant la vitesse d'écoulement dans la palette de couleurs Prism.
Vitesse d'écoulement à l'avant d'un filtre à air et lignes de courant de la vitesse à travers le filtre. Les couleurs des lignes de courant montrent le champ de pression. L'arrière du filtre est soutenu par la structure de la grille rectangulaire (blanche).

Interfaces d'écoulements réactifs à haut nombre de Mach

La possibilité de modéliser le transport et les réactions des espèces chimiques en combinaison avec un écoulement à haut nombre de Mach est maintenant disponible pour les solutions concentrées et diluées. Sous la branche Transport d'espèces chimiques de l'assistant de modèlisation, les interfaces Écoulement réactif à haut nombre de Mach contiennent deux variantes qui combinent un écoulement entièrement compressible avec l'interface Transport d'espèces diluées ou l'interface Transport d'espèces concentrées (qui nécessite une licence pour le module Chemical Reaction Engineering). Ces interfaces sont généralement utilisées pour la modélisation du transport et des réactions en phase gazeuse. Grâce à cette nouvelle fonctionnalité, vous avez la possibilité de gérer des mécanismes de réactions chimiques complexes à l'aide de la fonction Chimie disponible dans le module Chemical Reaction Engineering.

Un modèle de fusée montrant la concentration dans la palette de couleurs Prism.
Une fusée traverse un nuage de soluté sphérique. Les disques de Mach de l'écoulement ont un impact sur la concentration du soluté dans le nuage.

Matériaux multiphasiques pour les couplages des écoulements multiphasiques

Pour les couplages multiphysiques Ecoulement diphasique, Level Set, Ecoulement diphasique, champ de phase et Ecoulement triphasique, champ de phase, il est désormais possible d'inclure les propriétés matériaux effectives d'un nœud Matériau multiphasique, avec des règles de mélange intégrées. Ceci est particulièrement efficace lors du couplage de ces interfaces multiphysiques avec d'autres physiques, comme le transfert de chaleur ou l'électrostatique, puisque le matériau multiphasique utilisera les règles de mélange appropriées pour les propriétés des matériaux non fluides. Dans les versions antérieures, vous deviez écrire des expressions définies par l'utilisateur basées sur la fraction volumique de chaque phase fluide pour calculer les propriétés matériaux effectives utilisées dans chaque interface physique.

Interface liquide-air dans un modèle de cône de Taylor. Un liquide est déplacé par les forces électrostatiques causées par un champ électrique agissant sur la mince interface fluide-fluide. La permittivité relative utilisée dans les interfaces_ Electrostatique _est calculée par un matériau multiphase.

Nouvelle interface Level Set en milieu poreux

La nouvelle interface Level Set en milieu poreux comprend une fonctionnalité milieu poreux qui peut être liée à la définition de la porosité donnée dans le nœud Matériau poreux. Cette fonctionnalité est également disponible dans l'interface Level Set et dans l'interface multiphysique Equations de Brinkman, Ecoulement diphasique, Level Set. Découvrez ces fonctionnalités dans le nouveau tutoriel Moulage par transfert de résine d'une pale d'éolienne.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le sous-noeud Modèle Level Set sélectionné, la fenêtre de réglages correspondante et la fenêtre graphique montrant le modèle de pale d'éolienne.
La nouvelle caractéristique Milieu poreux pour l'interface Level Set en milieu poreux.

Groupes de propriétés pour les matériaux inélastiques non-newtoniens

Des groupes de propriétés matériaux dédiés ont été ajoutés pour tous les modèles inélastiques non-newtoniens disponibles. Chaque groupe de propriétés matériaux contient tous les paramètres nécessaires ainsi que l'expression de la viscosité apparente. Il récupère le taux de cisaillement d'une interface Ecoulement Fluide pour définir la viscosité dynamique du fluide au moyen d'une règle de synchronisation. Ainsi, un modèle non newtonien inélastique peut être sélectionné directement en ajoutant le groupe Propriétés matériau correspondant comme sous-nœud à un nœud de matériau.

L'interface utilisateur de COMSOL Multiphysics montre le Constructeur de Modèles avec le matériau de la phase 2 sélectionné, la fenêtre de réglages correspondants et la fenêtre graphique montrant le modèle de moulage par injection de caoutchouc.
Réglages pour le nœud Phase. Notez que le modèle non-newtonien est sélectionné directement dans le nœud Materiaux.

Performances améliorées en CFD

La méthode Gauss-Seidel à couplage symétrique (SCGS), utilisée par de nombreuses applications CFD, a été améliorée grâce à de meilleurs paramètres par défaut. Dans de nombreux cas, cela permet de réduire de 30% le temps de calcul, et les besoins en mémoire des solveurs multigrilles avec calcul sur cluster ont été réduits jusqu'à 25%.

Un modèle de voiture en rose montrant l'interaction fluide-structure.
Profil d'écoulement autour d'une voiture de sport calculé par LES. Les champs d'écoulement et de pression sont utilisés pour calculer les forces sur les rétroviseurs latéraux et les portes dans une analyse d'interaction fluide-structure (FSI).

Ecoulement diphasique dispersé avec transport d'espèces

La capacité à modéliser le transport d'espèces chimiques et les réactions dans un écoulement diphasique est grandement améliorée par la nouvelle interface Ecoulement diphasique dispersé avec transport d'espèces. Cette nouvelle interface multiphysique décrit le transport d'espèces chimiques entre deux phases constituées de gouttelettes de liquide ou de bulles de gaz dans une phase liquide continue. Cette fonctionnalité peut être utilisée pour modéliser des processus de séparation, comme les extractions liquide–liquide ou les processus d'épuration humide des gaz d'échappement. De tels systèmes à deux phases sont courants dans les industries de la chimie lourde et de la chimie fine.

Couplage multiphysique en barrière mince

L'interface Ecoulement multiphasique en milieu poreux contient un nouveau couplage multiphysique Barrière mince. Cette fonctionnalité est optionnelle et permet d'ajouter une couche mince qui agit comme une résistance pour les champs d'écoulement de toutes les phases, sans avoir à mailler l'épaisseur de la couche.

Fonctions de paroi thermique améliorées pour la dissipation visqueuse

Dans le couplage Ecoulement non isotherme, sous les paramètres Turbulence en transfert de chaleur, un nouveau paramètre Fonction de paroi thermique est disponible pour les modèles de turbulence RANS. Deux options sont disponibles : Standard, qui convient à la plupart des configurations, et Dissipation visqueuse élevée à la paroi, qui tient compte de la dissipation visqueuse dans la couche limite. Cette dernière est nécessaire pour obtenir des résultats précis dans le cas d'un écoulement interne rapide, notamment pour les trajets étroits ou si le fluide est très visqueux.

Nouveaux tutoriels, et mises à jour

La version 6.1 de COMSOL Multiphysics® apporte au module CFD de nouveaux tutoriels, et des mises à jour au module CFD.