Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Dynamique des Fluides Numérique Dynamique des Fluides Numérique ( (CFD CFD) ) U

Dynamique des Fluides Numérique Dynamique des Fluides Numérique ( (CFD CFD) ) Université des Sciences et de la Technologie d’Oran –Mohamed Boudiaf- Faculté de Génie Mécanique Département de Génie Mécanique Master en génie mécanique Spécialité : 1- Installations énergétiques et turbomachines Spécialité : 2- Énergétique Dr. HAMEL Mohammed Dr. ABED Bouabdellah 2017/2018 Cours 2 Introduction à la CFD Dynamique des fluides numérique CFD : Computational Fluid Dynamics 3 Dynamique des fluides ●La dynamique des fluides est la science du mouvement des fluides. ●L’écoulement d’un fluide est généralement étudié de trois façons: - Dynamique expérimentale des fluides. - Dynamique des fluides théoriques. - Numériquement: la dynamique des fluides numérique (CFD). ●Pendant ce cours, nous nous concentrerons sur l'obtention des connaissances nécessaire pour résoudre des problèmes pratiques d’écoulement de fluides en utilisant la CFD. 4 Quelle est la CFD? • La (CFD) est la science de la prédiction des écoulements de fluides, transfert de chaleur, transfert de masse, réactions chimiques en résolvant les équations mathématiques qui régissent ces processus en utilisant un processus numérique. • Le résultat des analyses CFD est une donnée d'ingénierie pertinente utilisée dans: ➔Études conceptuelles de nouveaux modèles. ➔Développement de produit. ➔Diagnostic des anomalies. ➔Redessiner un produit. ●L'analyse CFD complète les tests et l'expérimentation et réduit l'effort total requis au laboratoire. 5 La simulation numérique La simulation numérique – repose sur la représentation d’un phénomène physique par un modèle composé d’un système d’équations qui nous permet d’étudier le fonctionnement (actuel et futur) et les propriétés de celle-ci. Modéliser mathématiquement un phénomène – requiert une connaissance approfondie de celui-ci, qui – suppose une analyse et une compréhension préalable de son fonctionnement. Cette démarche implique en général plusieurs disciplines. Modèle (maths, physique..) Analyse mathématique Analyse numérique Algorithme 6 Modélisation La modélisation est la formulation mathématique des problèmes physiques. Cette formulation est sous forme d’équations différentielles partielles (EDP) avec des conditions initiales et aux limites appropriés au problème. La modélisation comprend : 1. La géométrie et domaine 2. Coordonnées 3. Équations gouvernement 4. Conditions de flux (mouvement) 5. Conditions initiales et aux limites 6. Sélection des modèles pour différentes applications 7 Conduction d’une simulation numérique Pré processing Préparation des données du problème (géométrie du domaine de calcul, génération du maillage de discrétisation, définition des phénomènes physiques et chimique du processus, détermination des propriétés du fluide, spécification des conditions aux limites) Simulation proprement dite Différences finis, Eléments finis, volumes finis, méthodes spectrales Post processing Visualisation du domaine de calcul et du maillage, tracé des vecteurs de vitesse et des lignes de courant, contours, extractions de surfaces bien définis, manipulation des graphes (translation, rotation, et re-dimensionnement), exportation des figures sous format Windows Meta Files (wmf) et pst script (ps). 8 CFD - comment ça fonctionne ? ●L'analyse commence par un modèle mathématique d'un problème physique. ●Conservation de la matière, de quantité de mouvement et de l'énergie doit être satisfaite dans toute la région d'intérêt. ●Les propriétés des fluides sont modélisées empiriquement. ●Des hypothèses de simplification sont faites afin de rendre le problème moins compliqué (par exemple, état stationnaire, incompressible, non visqueux, bidimensionnel ...) ●Fournir des conditions initiales et conditions aux limites appropriées au problème. Buse de remplissage Bouteille Domaine pour le problème de remplissage de bouteille. 9 ●Dans la CFD on applique des méthodes numériques (appelées discrétisation) pour développer des approximations pour les équations de conservation de la mécanique des fluides dans la région fluide d'intérêt. ➔Transformer les équations différentielles en un ensemble d’équations algébrique. ➔Transformer en un ensemble de cellules appelé grille de calcul. ➔L'ensemble des équations algébriques est résolu numériquement (sur un ordinateur) pour les variables du champ d'écoulement à chaque nœud ou cellule. ➔Le système d'équations est résolu simultanément pour fournir une solution. ●La solution est post-traitée pour extraire des quantités d'intérêt (par exemple, portance, traînée, couple, transfert de chaleur, séparation, perte de pression, etc.). CFD - comment ça fonctionne ? Maille pour problème de remplissage de bouteille. 10 Applications de la CFD La CFD est utilisée dans de nombreuses disciplines et industries, notamment l'aérospatiale, l'automobile, la production d'énergie, la fabrication de produits chimiques, le traitement des polymères, l'exploration pétrolière, l'exploitation des pâtes et papiers, la recherche médicale, la météorologie et l'astrophysique. Exemple: Analyse aerodynamique d'un avion 11 11 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports F18 Store Separation Wing-Body Interaction Hypersonic Launch Vehicle Aéronautique Applications de la CFD 12 12 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Surface-heat-flux plots of the No-Frost refrigerator and freezer compartments helped BOSCH- SIEMENS engineers to optimize the location of air inlets. Appareil Applications de la CFD 13 13 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports External Aerodynamics Undercarriage Aerodynamics Interior Ventilation Engine Cooling Automobile Applications de la CFD 14 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Automobile (Confort thermique) Applications de la CFD 15 15 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Medtronic Blood Pump La figure montre les contours de pression et une vue en coupe qui révèle des vecteurs de vitesse dans une pompe à sang qui assume le rôle de cœur dans la chirurgie à cœur ouvert. Courants de température et de convection naturelle dans l'œil suite au chauffage au laser. Biomedicale Applications de la CFD 16 16 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Polymerization reactor vessel - prediction of flow separation and residence time effects. Shear rate distribution in twin- screw extruder simulation Twin-screw extruder modeling Procédé Chimiques Applications de la CFD 17 17 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Particle traces of copier VOC emissions colored by concentration level fall behind the copier and then circulate through the room before exiting the exhaust. Mean age of air contours indicate location of fresh supply air Streamlines for workstation ventilation Flow pathlines colored by pressure quantify head loss in ductwork Chauffage, ventilation, climatisation et réfrigération Applications de la CFD 18 18 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Hydraulique Applications de la CFD 19 Navigation Marine • – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Applications de la CFD 20 Interaction explosive avec une coque de bateau Résultats dans un plan de coupe pour l'interaction d'une explosion avec une coque de navire générique: a) Surface à 20 msec (b) Pression à 20 msec (c) Surface à 50 msec et (d) Pression à 50 msec La figure montre l'interaction d'une explosion avec une coque de bateau générique. La structure a été modélisée avec des éléments de coque quadrilatérale et le fluide sous forme de mélange d'explosifs et d'air. Les éléments structurels ont été supposés échouer lorsque la contrainte moyenne dans un élément dépassait 60 pour cent Applications de la CFD 21 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Flow vectors and pressure distribution on an offshore oil rig Volume fraction of water Volume fraction of oil Volume fraction of gas Analysis of multiphase separator Gaz et pétrole Applications de la CFD 22 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Flow pattern through a water turbine. Flow in a burner Flow around cooling towers Pathlines from the inlet colored by temperature during standard operating conditions Production de l'énergie Applications de la CFD 23 • Where is CFD used? – Aerospace – Appliances – Automotive – Biomedical – Chemical Processing – HVAC&R – Hydraulics – Marine – Oil & Gas – Power Generation – Sports Sport Applications de la CFD 24 Avantages de la CFD ●Un coût relativement faible. - Utilisation d'expériences physiques et de tests pour obtenir les données essentielle pour la conception peuvent être coûteuses. - Les simulations CFD sont relativement uploads/Science et Technologie/ ch-1-introduction-la-cfd-m2.pdf