Ogólny rozwój oprogramowania wspomagającego prace projektowe nie mógł ominąć dziedziny mechaniki płynów. Praktycznie wszyscy główni dostawcy programów parametrycznych 3D CAD oferują indywidualne moduły obliczeniowe do przeprowadzania analiz z obszaru mechaniki płynów. Programy te, bazujące na metodzie elementu skończonego (MES) nazywane są oprogramowaniem CFD (Computional Fluid Dynamics).

Opracowanie: Cezary Pacholik

Sprężone powietrze jako ciecz ściśliwa, wymaga kompleksowych algorytmów symulacyjnych umożliwiających analizę zależności ciśnienia, temperatury oraz przepływu masy. Zmianie może ulec charakter przepływu z laminarnego na turbulentny, jak i prędkość przepływu, z poddźwiękowej w naddźwiękową, powodując zmianę praw przepływu.
Ostatnie edycje tych programów umożliwiają uwzględnienie wszystkich czynników i przeprowadzenie pełnych oraz rzetelnych analiz.
Kiedy i jak programy CFD są używane? W artykule przedstawiono przykładowe aplikacje.

Oprogramowanie CFD przy konstrukcji komponentów
W konstrukcji komponentów pneumatycznych głównym zadaniem jest taka optymalizacja przepływu, aby uzyskać możliwie najmniejszy spadek ciśnienia.
Przykładem programu CFD jest COSMOSFloWorks, umożliwiający przeprowadzanie symulacji oraz, w dalszej kolejności, oceny zachowania cieczy w zależności od zmian wymiarów i kształtu kanału przepływowego.
Aby sprawdzić poprawność wyników uzyskanych na drodze symulacji należy równolegle przeprowadzić próby na elemencie rzeczywistym, a następnie porównać wyniki uzyskane w próbach rzeczywistych z wynikami teoretycznymi. Zgodność potwierdza prawidłowość modelu matematycznego, natomiast w przypadku rozbieżności należy wprowadzić współczynnik korekcyjny.
Alternatywą lub uzupełnieniem narzędzi CFD jest metoda „szybkiego prototypowania”. Urządzenia do tego celu tworzą w bardzo krótkim czasie prototypy bazując na modelu 3D.
Poniżej przedstawiamy przypadek wykorzystujący obie metody w praktyce.
Podczas prac nad nową stacją przygotowania powietrza – ONE – spotkano szereg wyzwań wynikających z jej innowacyjności. Pojawiła się konieczność optymalizacji kształtu wielu podzespołów odpowiadających za różne funkcje pneumatyczne.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 12 (40) grudzień 2010

Czytaj także:

Modelowanie połączenia rury z obejmą z uwzględnieniem obciążenia typu „bolt load”

Symulacja z blokowaniem zmiennych

Jak uniknąć powszechnych błędów przy obliczeniach CFD?

Symulacja aerodynamiki samochodu sportowego; cz. I