Points forts de COMSOL Multiphysics^® 6.4

Pour les utilisateurs du module CFD, la version 6.4 de COMSOL Multiphysics^® introduit une amélioration de la prédiction de la turbulence transitoire, une modélisation de la turbulence en proche paroi plus précise et des simulations haute fidélité d'écoulements impliquant des réactions chimiques. Apprenez-en davantage sur ces nouveautés ci-dessous.

Simulations d'écoulements turbulents instationnaires en Simulation aux Echelles Adaptées (SAS)

L'interface Ecoulement turbulent, SST prend désormais en charge la simulation aux échelles adaptées (Scale-Adaptive Simulation, SAS) en incluant l'échelle de longueur de von Kármán dans le modèle de turbulence. Cette approche résout une plus large gamme d'échelles de turbulence et fournit des champs d'écoulement très détaillés. La SAS peut être appliquée dans un contexte multiphysique tel que l'interaction fluide–structure, les écoulements réactifs, les écoulements non-isothermes et le bruit induit par la turbulence, en fournissant des résultats plus précis et plus pertinents.

Ecoulement instationnaire sur une configuration de cylindres en tandem visualisé à l'aide du critère Q, qui représente les isosurfaces de la différence entre le carré de la norme de la vitesse et le carré de la norme du taux de déformation.

Modèle de turbulence pondération elliptique R-ε avec un traitement à la paroi amélioré

En associant les expressions de la corrélation pression-déformation et du taux de dissipation de la viscosité turbulente dans la région proche paroi avec celles du volume, le nouveau modèle de turbulence Ecoulement turbulent, pondération elliptique R-ε fournit des résultats précis pour les contraintes de Reynolds proches de la paroi sans compromettre le comportement ailleurs.

Les paramètres de l'interface Ecoulement turbulent, pondération elliptique R–ε, dans lesquels on peut voir les quatre modèles de diffusion des contraintes de Reynolds disponibles.

Modèles Large Eddy Simulation (LES) pour les écoulements réactifs

La fonctionnalité Ecoulement réactif supporte désormais les modèles LES qui apportent un niveau de précision sans précédent à la modélisation des systèmes réactifs turbulents. En couplant un modèle LES avec les interfaces Chimie, Transport d'espèces chimiques et Transfert de chaleur en milieu fluide, il est possible de décrire de manière détaillée les interactions entre le mélange, la thermique et les réactions chimiques au sein des gaz et des liquides. Cette approche tient compte de la chaleur de réaction, de l'enthalpie de diffusion et des flux massiques, tandis que la modélisation LES basée sur les résidus améliore l'estimation des transports de chaleur et de masse. En incluant des propriétés fluidiques et chimiques dépendantes de la température, cette fonctionnalité fournit un aperçu très réaliste des champs de concentration, de taux de réaction et de température. Que ce soit pour étudier des réacteurs catalytiques ou des procédés de mélange complexes, les modèles d'écoulement réactif basés sur la LES permettent de révéler des détails essentiels que les modèles de turbulence traditionnels pourraient négliger.

Champ de concentration d'un produit calculé avec la fonctionnalité Ecoulement réactif non-isotherme, couplant un modèle LES avec du transport d'espèces et de la thermique. Des réactifs entrent par la conduite verticale et réagissent avec un second courant entrant par la gauche du conduit rectangulaire.

Fonctionnalité de référentiel tournant comme alternative aux domaines en rotation

La nouvelle fonctionnalité Référentiel tournant exprime les équations de l'écoulement en fonction d'un référentiel tournant stationnaire ou temporel, fournissant une alternative peu coûteuse à la modélisation de domaines tournants sans avoir à ajouter d'équations. Elle propose également des options permettant d'utiliser la formulation en pression réduite ou pour inclure l'approximation de la pression hydrostatique pour la force centrifuge.

Lignes de courant et pression dans un séparateur centrifuge tournant à 9550 tr/min, modélisé à l'aide de la nouvelle fonctionnalité Référentiel tournant.

Modèles de turbulence algébriques pour les écoulements à haut nombre de Mach pour les machines tournantes

Les modèles de turbulence L-VEL et yPlus algébrique sont désormais disponibles pour les écoulements à haut nombre de Mach pour les machines tournantes. Ces modèles algébriques sont principalement utilisés pour générer des conditions initiales optimales pour des modèles de turbulence plus avancés, améliorant la convergence et fournissant de meilleurs points de départ aux simulations temporelles, par exemple lorsque des turbomachines sont simulées.

Le modèle de turbulence yPlus algébrique montré dans la fenêtre de Réglages avec l'option permettant de passer au modèle de turbulence L-VEL. La fenêtre Graphiques montre les lignes de courant de l'écoulement dans un plan autour des deux pales en rotation, leur couleur représentant le nombre de Mach.

Import de données d'écoulement CGNS et aéroacoustique

Les simulations d'aéroacoustique et d'acoustique convectée ont été améliorées avec plusieurs nouvelles fonctionnalités importantes. Les données CFD stockées dans des fichiers au format CGNS peuvent désormais être importées dans COMSOL Multiphysics^® en utilisant la nouvelle fonction Données CFD (CGNS) conjointement à l'interface Ecoulement fluide importé. Cette combinaison garantit l'import et le mapping des données de façon cohérente avec le maillage du calcul. En outre, la nouvelle interface assure une intégration fluide avec les couplages multiphysiques Couplage avec l'écoulement ambiant et Source de l'écoulement aéroacoustique et les études de mapping.

Rayonnement sonore provenant d'une nacelle avec un revêtement.

Condition périodique

Une nouvelle fonctionnalité Condition périodique a été ajoutée aux interfaces Loi de Darcy et Equation de Richards pour imposer facilement la périodicité de l'écoulement entre deux frontières ou plus. En outre, il est possible de créer une différence de pression entre les frontières source et destination, soit en précisant directement le saut de pression, soit en imposant un flux massique. La condition de périodicité est généralement utilisée pour modéliser des volumes élémentaires représentatifs et pour calculer les propriétés effectives à utiliser dans des milieux poreux homogénéisés.

Option saut de pression pour le Couplage de l'écoulement en milieu libre et poreux

Le Couplage de l'écoulement en milieux libre et poreux comporte une nouvelle option pour inclure un saut de pression à travers la frontière libre-poreux. Cela permet de modéliser, par exemple, la pression osmotique au niveau d'une membrane semi-perméable, soutenue par un matériau intercalaire poreux, ou un saut de pression dû à la pression capillaire dans le cas d'un écoulement multiphasique.

Effet Marangoni lié aux gradients de concentration

Pour les systèmes et procédés microfluidiques, l'exemple classique de l'effet Marangoni piloté par le gradient de concentration est désormais inclus dans les fonctionnalités Surface libre et Interface fluide-fluide. Cette fonctionnalité permet de modéliser les phénomènes liés à la tension superficielle tels que les "larmes du vin".

Nouveaux tutoriels

La version 6.4 de COMSOL Multiphysics^® enrichit le module CFD avec de nouveaux tutoriels.

Production of Antibody–Drug Conjugates in a Stirred Tank Reactor*

Un réservoir de bioréacteur avec un mélangeur à quatre pales modélisé avec un écoulement réactif turbulent. La concentration de l'anticorps conjugué synthétisé est montré à l'aide d'isosurfaces et d'isovaleurs.

Nom de l'application:
stirred_tank_adc_production
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*Nécessite le module Chemical Reaction Engineering

Reverse Osmosis Water Desalination

Concentration à la surface de la membrane dans l'unité d'osmose inverse. Ce modèle décrit une unité de dessalement de l'eau par osmose inverse, composée d'une membrane semi-perméable enroulée en spirale à travers laquelle l'eau est injectée sous haute pression. La membrane retient le sel, de sorte que de l'eau douce est produite du côté perméat et une saumure à haute salinité est obtenue du côté concentré.

Nom de l'application:
reverse_osmosis_desalination
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Axially Rotating Pipe and Swirling Jet Turbulent Flows

Lignes de courant d'un jet dans un écoulement tourbillonnant. L'interface Ecoulement turbulent, SSG–LRR est utilisé pour analyser l'écoulement turbulent entièrement développé dans un canal en rotation axiale et dans le jet tourbillonnant émergeant d'un canal en rotation axiale.

Nom de l'application:
rotating_pipe_swirling_jet
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Spanwise Rotating Turbulent Channel Flow

L'interface Ecoulement turbulent, pondération elliptique R–ε est utilisée pour analyser l'écoulement entièrement développé turbulent dans un canal rotatif sur toute la largeur. Du fait de l'influence de la force de Coriolis sur la turbulence, le profil des variables de turbulence devient asymétrique à des vitesses de rotation modérées, comme le montrent les graphiques de vitesse et de pression.

Nom de l'application:
rotating_turbulent_channel
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