SOLIDWORKS Flow Simulation : Gel de l'écoulement

Simulation SOLIDWORKSpermet la simulation de problèmes de transfert de chaleur à l'état stationnaire et transitoire. Une analyse à l'état stationnaire est effectuée pour déterminer comment le transfert de chaleur d'un système se stabilise (c'est-à-dire devient inchangé). Une solution à l'état stationnaire n'informe pas l'analyste du temps nécessaire à la stabilisation du système. Cependant, une analyse transitoire de transfert thermique peut être exécutée pour déterminer le temps nécessaire au système pour atteindre l'état stationnaire. L'inconvénient de l'exécution d'un problème de transfert thermique transitoire est que le calcul peut prendre beaucoup de temps. Cela est dû au fait que le solveur SOLIDWORKS Flow Simulation utilise de très petits pas de temps pour effectuer le calcul.

Le pas de temps utilisé par le solveur peut être ajusté manuellement, mais spécifier un pas de temps trop grand peut entraîner des problèmes de stabilité du solveur pendant le calcul. Un problème potentiel lié à l'utilisation d'un pas de temps manuel est que la solution peut se dérouler sans problème, puis soudainement, les températures du système atteignent des valeurs anormalement élevées et le solveur s'arrête avec un message d'erreur « Solveur terminé anormalement ». C'est la raison principale pour laquelle le solveur utilise automatiquement de petits pas de temps pour assurer la stabilité de la solution. Il existe une option de solveur SOLIDWORKS Flow Simulation qui peut être activée et appelée Congélation par écoulement.  Cette option peut être utilisée pour accélérer les calculs de transfert de chaleur à l'état stationnaire et transitoire.

Congélation par écoulement

Le gel de l'écoulement permet de spécifier des paramètres pour minimiser le temps CPU nécessaire à la solution. Cela se fait en gelant les valeurs de tous les paramètres d'écoulement, à l'exception des températures des fluides et des solides et des concentrations des substances fluides (si plusieurs substances sont prises en compte dans l'analyse). Ces paramètres convergent généralement plus lentement que les autres paramètres d'écoulement. Ainsi, lorsque le gel de l'écoulement est actif, les températures des solides et des fluides ainsi que les concentrations des substances sont calculées à chaque itération. Les autres paramètres d'écoulement sont supposés statiques ou inchangés lorsque le gel de l'écoulement est actif.

Comment activer le gel du flux

Le gel du flux peut être activé à partir de l' Options de contrôle de calcul fenêtre de dialogue.

Paramètres de gel du flux

Il existe deux stratégies qui peuvent être utilisées : Périodique et Permanent.

Périodique

La stratégie périodique permet à l'utilisateur de configurer le moment où le gel du flux démarre, la période pendant laquelle il est actif, la période pendant laquelle il est inactif et éventuellement la spécification d'un pas de temps manuel à utiliser lorsque le gel du flux est actif. La valeur de départ peut être définie pour utiliser une unité de déplacement, d'itération ou de temps physique (si la dépendance temporelle est activée dans le Paramètres généraux (fenêtre de dialogue).  La valeur de période de gel et de période sans gel utilise l'itération comme unité.  À partir du Commencer moment, le calcul est effectué avec le gel activé pour l'intervalle spécifié dans Période de gel.  Le gel est alors désactivé pendant l'intervalle spécifié dans Pas de période de gel.  Après cela, le gel du flux est de nouveau activé et ainsi de suite jusqu'à ce que le calcul soit terminé.

Permanent

La stratégie permanente comprend des paramètres permettant d'indiquer quand le gel du flux commence (unité de déplacement, itération ou temps physique) et éventuellement la spécification d'un pas de temps manuel à utiliser lorsque le gel du flux est actif. Commencer moment, le calcul est effectué avec le gel activé jusqu'à la fin du calcul.

Comparaison des résultats

J'ai effectué deux analyses transitoires de convection naturelle d'un dissipateur thermique avec une source de chaleur appliquée à la surface inférieure. La première analyse a été effectuée sans que le gel du flux soit activé et en utilisant le réglage automatique du pas de temps. La deuxième analyse a été exécutée en utilisant la même configuration de base mais avec le gel du flux activé. J'ai réglé le réglage de temps physique pour les deux analyses à 1 500 secondes. La première analyse a pris plus de 17 heures à exécuter et plus de 50 000 itérations (Fig. 1). La deuxième analyse a pris un peu plus de 25 minutes à exécuter et un peu plus de 1 100 itérations (Fig. 2). Cela équivaut à ce que la première analyse prenne plus de 40 fois plus de temps à terminer.

Fig. 1 : Première analyse (pas de temps automatique)                                                                             Fig. 2 : Deuxième analyse (gel du flux activé)

La température solide maximale du dissipateur thermique obtenue était très proche l'une de l'autre entre les deux analyses différentes. La température solide maximale obtenue pour la première analyse était de 119,65 °F (Fig. 3) et de 119,72 °F pour la deuxième analyse (Fig. 4).