CFD Module

Nova Interface de Escoamento Multifásico: Three-Phase Flow, Phase Field

A nova interface Three-Phase Flow, Phase Field pode ser usada para modelar o fluxo e a interação de três diferentes fluidos imiscíveis quando você precisar estudar as posições exatas das interfaces que separam os fluidos. Esse fenômeno também é conhecido como escoamento com rastreamento de superfície. As interfaces fluido-fluido são rastreadas usando-se uma formulação de campo de fase ternário que leva em consideração as diferenças nas densidades e viscosidades dos fluidos e inclui os efeitos de tensão de superfície. O método de campo de fase consegue lidar com linhas de contato em movimento em contornos sem deslize.

No exemplo à direita, uma bolha de gás (a superfície cinza representa a interface gás-líquido) ascende através de uma camada de líquido pesado (a superfície azul representa a interface líquido-líquido) para dentro de um líquido mais leve. Uma parte do líquido pesado é entranhada na passagem da bolha de gás e transportada para o líquido leve, onde se torna negativamente flutuante e cai na direção da interface líquido-líquido. Uma representação de superfície da magnitude da velocidade (a representação da superfície em arco-íris) sobre uma seção transversal central é projetada na parede traseira do recipiente para melhorar a visualização das interfaces líquido-líquido e líquido-gás.

A junção multifísica predefinida Three-Phase Flow combina uma interface Laminar Flow com uma interface Ternary Phase-Field. O movimento das interfaces fluido-fluido é determinado pela minimização da energia livre.

Bibliotecas de coeficientes de tensão de superfície para líquido-líquido e líquido-gás estão disponíveis. No recurso Wetted Wall, você pode especificar ângulos de contato para pares de fluido em superfícies sólidas.

Um escoamento entre um gás e dois líquidos, simulado com a interface Laminar Three-Phase Flow, Phase Field.

Um escoamento entre um gás e dois líquidos, simulado com a interface Laminar Three-Phase Flow, Phase Field.

Um escoamento entre um gás e dois líquidos, simulado com a interface Laminar Three-Phase Flow, Phase Field.

Nova Interface Matemática: Ternary Phase Field

A interface Ternary Phase Field correspondente, usada para rastrear interfaces móveis entre três fases imiscíveis nos módulos CFD e Microfluidics, também é uma interface Mathematics independente.

Novidade na Interface Rotating Machinery Fluid Flow: "Turbulent Flow, Algebraic yPlus" e "Turbulent Flow, L-VEL"

Nas interfaces Rotating Machinery, existem dois modelos de escoamento turbulento: Turbulent Flow, Algebraic yPlus e Turbulent Flow, L-VEL. Para esses modelos, a viscosidade turbulenta é determinada usando-se duas extensões diferentes da lei da logarítmica de parede. O número de Reynolds local para esses modelos se baseia na distância da parede mais próxima. As vantagens dessa abordagem são o fato de nenhuma das equações de transporte adicional precisam ser resolvidas e nenhuma das condições de entrada ou saída precisam ser especificadas para as variáveis de turbulência. Modelos algébricos de turbulência são computacionalmente menos dispendiosos e mais robustos (mas, em geral, menos precisos) do que equação de transporte de modelos de turbulência, como os modelos k-ε e k-ω.

O campo de velocidade e o traçado aerodinâmico (colorido pela viscosidade turbulenta) em um misturador de impulsor de âncora, simulados com o modelo de turbulência Algébrico yPlus. O campo de velocidade e o traçado aerodinâmico (colorido pela viscosidade turbulenta) em um misturador de impulsor de âncora, simulados com o modelo de turbulência Algébrico yPlus.

O campo de velocidade e o traçado aerodinâmico (colorido pela viscosidade turbulenta) em um misturador de impulsor de âncora, simulados com o modelo de turbulência Algébrico yPlus.

Novidade na interface Rotating Machinery Fluid Flow: Stationary Free Surface

Agora, ao resolver um escoamento semi-estável usando o tipo de estudo Frozen Rotor, você pode estimar a deformação de uma superfície livre devido ao efeito combinado do escoamento fluido e das forças de volume (como a gravidade). Uma pressão média é aplicada ao contorno selecionado no cálculo de escoamento fluido. A elevação da superfície é, então, avaliada a partir das variações de pressão resultantes no contorno em uma etapa de estudo de pós-processamento.

Traçados aerodinâmicos e deformação de superfície devido ao escoamento em torno de um torpedo. O escoamento quase-estático é computado com a interface de Rotating Machinery, Fluid Flow usando uma simulação Frozen Rotor. A turbulência é modelada com o modelo Algébrico yPlus e a elevação da superfície é obtida com o novo recurso Stationary Free Surface.

Traçados aerodinâmicos e deformação de superfície devido ao escoamento em torno de um torpedo. O escoamento quase-estático é computado com a interface de Rotating Machinery, Fluid Flow usando uma simulação Frozen Rotor. A turbulência é modelada com o modelo Algébrico yPlus e a elevação da superfície é obtida com o novo recurso Stationary Free Surface.

Traçados aerodinâmicos e deformação de superfície devido ao escoamento em torno de um torpedo. O escoamento quase-estático é computado com a interface de Rotating Machinery, Fluid Flow usando uma simulação Frozen Rotor. A turbulência é modelada com o modelo Algébrico yPlus e a elevação da superfície é obtida com o novo recurso Stationary Free Surface.

Correlações Adicionais para Coeficientes de Transferência de Calor

A biblioteca de coeficientes de transferência de calor tem uma nova correlação de coeficiente de transferência de calor convectiva para convecção natural em torno de um cilindro vertical fino. Esse coeficiente de transferência de calor permite que você substitua uma simulação de escoamento não isotérmico por uma condição de contorno de fluxo de calor nos contornos do cilindro para reduzir o custo computacional da simulação.

Novo Aplicativo: Inkjet Design

Embora inicialmente inventados para serem usados em impressoras, jatos de tinta foram adotados para outras áreas de aplicação, como nas ciências naturais e microeletrônica. Simulações podem ser úteis para melhorar a compreensão do escoamento e para prever o design ideal de um jato de tinta para uma aplicação específica.

A finalidade do aplicativo Inkjet Design é adaptar o formato e a operação de um bico de jato de tinta para um tamanho de gotícula desejado, o que depende do ângulo de contato, tensão superficial, viscosidade e densidade do líquido injetado. Os resultados também revelam se o volume injetado se divide em diversas gotículas antes de se fundir em uma gotícula final no substrato.

O escoamento é modelado pelas equações incompressíveis de Navier-Stokes juntamente com a tensão superficial, usando o método de level set para monitorar a interface de fluidos.

Capturas de tela do processo de durante o disparo da tinta de simulação de jato de tinta. Os gráficos mostram o perfil de pulso de injeção (1D) e a evolução no tempo do tamanho da gotícula (2D, 3D). Capturas de tela do processo de durante o disparo da tinta de simulação de jato de tinta. Os gráficos mostram o perfil de pulso de injeção (1D) e a evolução no tempo do tamanho da gotícula (2D, 3D).

Capturas de tela do processo de durante o disparo da tinta de simulação de jato de tinta. Os gráficos mostram o perfil de pulso de injeção (1D) e a evolução no tempo do tamanho da gotícula (2D, 3D).

Novo Aplicativo: NACA Airfoil Optimization

As propriedades aerodinâmicas de uma asa, uma hélice ou pá de turbina são, em grande parte, determinadas pelo formato preciso do aerofólio usado. O aplicativo NACA Airfoil Optimization calcula as duas principais propriedades aerodinâmicas (os coeficientes de sustentação e arraste) de um aerofólio NACA totalmente parametrizado. Ele pode ser usado para visualizar como alterações na espessura do aerofólio, na curvatura e na extensão da corda podem afetar a aerodinâmica.

Quando você insere o número de Reynolds do escoamento fluido no aplicativo de simulação, as devidas interfaces e malhas do escoamento são automaticamente escolhidas com base nesse número. Simulações de números de Reynolds baixos são realizadas com a interface Laminar Flow, ao passo que simulações de números de Reynolds altos usam o modelo de turbulência Spalart-Allmaras, que foi desenvolvido especificamente para simulações de design de aerofólio.

A geometria do aerofólio é totalmente parametrizada e você pode escolher inserir diretamente as dimensões do aerofólio ou deixar que o solver de otimização do aplicativo encontre a geometria ideal para maximizar a proporção sustentação-arraste.

Escoamento turbulento em torno de um perfil NACA calculado usando o modelo de turbulência Spalart-Allmaras. Escoamento turbulento em torno de um perfil NACA calculado usando o modelo de turbulência Spalart-Allmaras.

Escoamento turbulento em torno de um perfil NACA calculado usando o modelo de turbulência Spalart-Allmaras.

Novo Aplicativo: Water Treatment Basin

Bacias de tratamento de água são usadas em processos de escala industrial para remover bactérias ou outros contaminantes, de forma a tornar a água segura para o consumo.

O aplicativo Water Treatment Basin exemplifica o uso de aplicações para modelar escoamento turbulento e balanços de massa sujeitos a reações químicas. Você pode especificar as dimensões e a orientação da bacia, misturando compartimentos e canais de entrada e saída. Você também pode definir a velocidade da entrada, a concentração de espécies e a constante da taxa de reação na reação de primeira ordem.

O aplicativo soluciona o escoamento turbulento através da bacia e apresenta o campo de escoamento e de concentração resultantes, além de espaço-tempo, meia-vida e perda de carga.

Magnitude de velocidade e traçado aerodinâmico de uma simulação de escoamento reacional em uma bacia de tratamento de água. Magnitude de velocidade e traçado aerodinâmico de uma simulação de escoamento reacional em uma bacia de tratamento de água.

Magnitude de velocidade e traçado aerodinâmico de uma simulação de escoamento reacional em uma bacia de tratamento de água.