Comment gérer un vortex à travers une limite de pression dans SOLIDWORKS Flow Simulation

Cet article explique pourquoiSimulation SOLIDWORKSémettra un avertissement lors de la résolution indiquant qu'un vortex se produit à travers une limite de pression ainsi que des méthodes permettant de s'adapter à cela pour supprimer l'avertissement.

Qu'est-ce qu'un « vortex à travers une limite de pression » ?

Dans SOLIDWORKS Flow Simulation, un vortex est une région du domaine fluide qui provoque un tourbillon là où il existe une traînée asymétrique dans le champ d'écoulement. Le vortex lui-même est un phénomène attendu qui ne pose pas de problème en soi. Lorsqu'on laisse ce vortex se générer au-delà d'une limite théorique dans unAnalyse CFDCela peut entraîner un écart entre les résultats et la réalité à proximité immédiate de la limite, voire empêcher le solveur de produire des résultats. Il est donc important de repérer les points critiques de l'analyse et de prendre les mesures nécessaires pour l'éviter.

Figure 1 : Le solveur de simulation d'écoulement affichera cet avertissement lorsqu'un vortex se produit à travers une limite de pression.

Comment ça peut être réglé ?

Le vortex lui-même est généré par la géométrie solide locale près de la limite de pression d'une configuration CFD. Si l'écoulement à travers cette limite n'est pas symétrique, une zone de basse pression peut se former devant celle-ci et permettre au fluide de traverser la limite dans la mauvaise direction. La solution consiste à « développer » la géométrie du modèle. Cela signifie que le modèle solide doit intégrer davantage de géométrie réelle à la configuration afin que le champ d'écoulement puisse contenir le vortex, puis passer à un écoulement unidirectionnel.

Solution 1 : ajouter de la géométrie

Un exemple de vortex traversant une limite est tiré directement du premier tutoriel Flow Simulation dans SOLIDWORKS (ces tutoriels sont disponibles sous « Aide », « SOLIDWORKS Simulation », « Tutoriel en ligne Flow Simulation » une fois le module complémentaire Flow Simulation activé). La valve à boisseau sphérique, telle qu'elle est configurée dans le tutoriel, a deux couvercles positionnés près de la bille. Si la vanne à boisseau sphérique n'est pas complètement ouverte, le débit à travers la vanne est forcé de devenir asymétrique lors de son passage par la sortie de pression.

L'écoulement asymétrique hors de la limite de pression permet au fluide de refluer à travers la limite de pression théorique et crée le vortex visible sur la figure 2.

Figure 2 : L'écoulement asymétrique à travers une vanne à boisseau sphérique montre un vortex se produisant sur la limite de sortie de pression.

Comme le problème ne se pose que du côté sortie du modèle, c'est le seul côté à « bâtir ». Dans cet exemple, un tuyau droit est placé à l'extrémité de la vanne, prolongeant la zone fluide et éloignant la limite de pression. De cette façon, l'écoulement peut former un vortex, puis passer à un écoulement unidirectionnel, comme dans la réalité. La figure 3 ci-dessous montre que le vortex en aval de la vanne est maintenu, mais qu'il peut maintenant se former complètement avant de quitter le domaine fluide.

Figure 3 : Un tuyau droit ajouté à l'extrémité du robinet à boisseau sphérique montre comment la limite de pression peut être éloignée du vortex en cours de formation.

Solution 2 : Libération vers un environnement pseudo-externe

La solution 1 est envisageable lorsqu'il est raisonnable de supposer qu'il y a plus de tuyauterie après la vanne. Ce n'est pas toujours le cas. La solution 2 examine comment gérer le comportement de la vanne lors de son évacuation dans un réservoir plus grand. Un réservoir entier pourrait être modélisé pour résoudre cet avertissement de tourbillonnement transfrontalier, ou une analyse externe pourrait être réalisée, mais cela rendrait le projet Flow extrêmement long à résoudre si la vanne était le seul élément analysé. Dans ce cas, il pourrait être judicieux de ne modéliser qu'une partie du réservoir où le panache de fluide s'écoule. Cette configuration est illustrée à la figure 4.

Figure 4 : Un petit boîtier modélisé fixé au robinet à boisseau sphérique.

Seulement une partie du réservoir est modélisée. Ainsi, sur cinq des six surfaces internes, une limite de pression est définie, représentant le volume de fluide indéfini dans le reste du réservoir. La face immédiatement adjacente à la vanne n'est pas soumise à pression afin de représenter la paroi du réservoir. Par conséquent, le panache de fluide se forme dans la zone désormais ouverte, au-delà de la vanne, permettant ainsi au vortex de se former puis de se dissiper, comme illustré à la figure 5. Dans ce cas, cependant, un avertissement de vortex traversant la limite de pression sera probablement généré, mais aura un impact sur les résultats à des endroits éloignés de la sortie de la vanne et du panache de fluide.

Figure 5 : Le panache de fluide se génère dans l'environnement pseudo-externe créé attaché à la vanne.

Conclusion

Dans la mesure du possible, créez un modèle solide dans lequel un vortex ne traversera pas une limite de pression ou ne déplacera pas la limite de pression elle-même loin de la région d'intérêt dans le domaine fluide.