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Con il rilascio di Simcenter STAR-CCM+ 2402, Siemens offre agli ingegneri di tutti i settori industriali funzionalità di fluidodinamica computazionale (CFD) che consentono di andare più veloce nella modellazione della complessità dei prodotti odierni. Scopriamo insieme tutte le novità appena introdotte!
Esecuzione di simulazioni di turbomacchine assiali industriali più rapide e precise
Il meshing dei passaggi tra le pale delle turbomacchine con mesh poliedriche porta a un numero di celle sensibilmente elevato. Questo comporta un aumento dei tempi di esecuzione delle simulazioni aerodinamiche delle turbomacchine.
Come soluzione è possibile utilizzare delle mesh strutturate. Queste consentono un tempo di esecuzione più rapido per le macchine assiali, rendendo la mesh meno pesante rispetto a quella poliedrica e consentendo un tempo di simulazione più veloce. La mesh strutturata offre inoltre celle di alta qualità allineate al flusso, nel passaggio principale della pala, garantendo una convergenza più rapida nella simulazione e una maggiore precisione della soluzione.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402, stiamo ampliando ulteriormente la capacità di mesh strutturate di turbomacchine con il supporto dei raccorsi delle palette. Questi raccordi possono trovarsi sia sullo shroud che sul mozzo. L’esperienza dell’utente è garantita, in quanto il raccordo viene rilevato automaticamente come parte dell’input della superficie della lama, senza bisogno di ulteriori informazioni.
Nel complesso, la mesh strutturata delle turbomacchine, insieme al supporto automatico dei raccordi, porta a un ulteriore aumento dell’accuratezza e a tempi più rapidi per la soluzione, senza alcuno sforzo aggiuntivo da parte dell’utente.
Affrontare carichi fluidi altamente dinamici che comportano grandi deformazioni solide
Per le applicazioni in cui esiste un forte accoppiamento bidirezionale tra un fluido denso e una struttura molto flessibile, la convergenza e la stabilità di una simulazione CFD sono molto difficili da raggiungere.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402 introduciamo una serie di nuove funzionalità che consentono esattamente questo tipo di simulazioni complesse di interazione fluido-struttura, in cui carichi fluidi altamente dinamici portano a grandi deformazioni della struttura solida. Il nuovo metodo di stabilizzazione Dynamic FSI offre un ottimo controllo sulla simulazione con un solo coefficiente regolabile, pur essendo pienamente compatibile con il solutore strutturale. Inoltre, grazie allo schema Backward Differentiation Time Integration ora disponibile anche per il solutore strutturale, viene garantita la piena coerenza cinematica tra solido e fluido anche per le configurazioni che utilizzano l’integrazione temporale del secondo ordine.
Questa modellazione di nuova generazione dell’interazione fluido-struttura (FSI) abbassa le barriere per affrontare applicazioni FSI bidirezionali altamente dinamiche e fortemente accoppiate.
Consente applicazioni con radiazioni nei mezzi di comunicazione partecipanti
Molte applicazioni nei settori alimentare e delle bevande, medico e di processo o nella produzione additiva si basano sull’interazione volumetrica delle radiazioni con un materiale lavorato. Per questo motivo, per affrontare questi scenari con la simulazione CFD, è necessario un modello accurato di assorbimento e diffusione della radiazione in presenza di un mezzo partecipante.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402 stiamo espandendo il modello Surface Photon Monte Carlo SPMC già esistente (che considera solo la radiazione da superficie a superficie e ignora l’effetto partecipativo/volumetrico) a un PMC completamente volumetrico. In generale, il PMC, un metodo statistico per risolvere l’equazione del trasferimento radiativo, è considerato uno degli approcci risolutivi più accurati. Con l’espansione al PMC volumetrico, possiamo consentire una modellazione combinata della radiazione volumetrica e superficiale e quindi fornire un approccio ancora più fedele.
Ciò consente una modellazione più accurata di fenomeni complessi come l’assorbimento e la dispersione della radiazione quando interagisce con un mezzo partecipante. Per catturare l’interazione della radiazione con i liquidi, può essere eseguito insieme a Volume Of Fluids (VOF). Grazie allo schema ibrido volume-superficie, gli utenti possono utilizzare in modo efficiente il VPMC solo nella regione in cui è necessaria la precisione dell’assorbimento, mantenendo il resto con il PMC di superficie. Ciò consente di ottenere velocità impressionanti, fino a 37 volte, rispetto a una soluzione pura con il Metodo delle Ordinate Discrete (DOM).
VPMC amplia ulteriormente la già ricca offerta di fisica di Simcenter STAR-CCM+ per la modellazione delle radiazioni (DOM, armoniche sferiche P1, superficie-superficie, SPMC) con il più completo approccio ad alta fedeltà.
Liberare la sinergia interfunzionale per l’esplorazione del design
In un mondo di prodotti sempre più complessi, occorre considerare in maniera olistica l’interazione tra le varie discipline ingegneristiche per massimizzare le prestazioni del prodotto. Pertanto, gli studi di esplorazione del progetto non tracciati in una singola disciplina CAE comportano il rischio di un potenziale di prestazioni non realizzato.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402 stiamo introducendo l’integrazione di Design Manager in Teamcenter Simulation. La soluzione integrata consente di ricevere aggiornamenti e notifiche in tempo reale su modifiche alla geometria, ai requisiti, ai parametri, ecc. da parte degli altri team di progettazione che possono influire sul progetto di Design Exploration.
Il Design Manager integrato aiuterà i vostri team ad accelerare il time to market sfruttando le funzionalità di Teamcenter per l’esplorazione dei progetti: I membri del team possono accedere direttamente ai dati giusti in Teamcenter, garantendo la tracciabilità tra requisiti e risultati e sfruttando un database centralizzato di informazioni sul progetto/prodotto. Il lancio dello studio incorporato da Active Workspace sta ulteriormente democratizzando l’esplorazione del design.
Grazie alla collaborazione inter-organizzativa che ne deriva, sarete in grado di sfruttare tutto il potenziale attraverso l’ottimizzazione delle prestazioni dei prodotti inter-funzionali.
Esecuzione più rapida della preparazione delle superfici per geometrie complesse
Nell’aerodinamica esterna, gli ingegneri CFD devono cercare di ottenere una distribuzione efficiente degli strati prismatici aderenti alle parti esterne e interne del veicolo. Utilizzando gli strumenti di riparazione delle superfici esistenti, la suddivisione delle superfici a bassa y+ e ad alta y+ può essere un processo noioso che può richiedere ore o giorni, a seconda dell’esperienza dell’utente e della complessità del modello. La suddivisione delle superfici dei pezzi è importante anche in qualsiasi studio, ad esempio quando si desidera riportare una quantità su un confine specifico o assegnare condizioni al contorno.
In Simcenter STAR-CCM+ 2402, introduciamo uno strumento di classificazione interattiva nella riparazione delle superfici che velocizza la suddivisione delle superfici delle parti. La funzione è dotata di un’interfaccia utente intuitiva e di algoritmi all’avanguardia che consentono una classificazione rapida ed efficiente, che permette di risparmiare tempo. Lo strumento può essere applicato a singole parti o a un insieme di parti che possono avere diversi livelli di tassellatura.
Il processo di classificazione è rapido e le facce possono essere classificate in pochi secondi. Lo strumento consente anche la registrazione di una macro, per una classificazione ancora più rapida di varianti di design. Pertanto, per le simulazioni aerodinamiche esterne, è possibile risparmiare tempo prezioso per la preparazione delle superfici e il numero di celle. Questo porta anche a una riduzione dei tempi di esecuzione del solutore con differenze minime nel numero di trascinamenti.
Maggiore velocità grazie all’accesso a una gamma più ampia di hardware per l’accelerazione nativa su GPU
I vantaggi dell’accelerazione delle simulazioni CFD tramite GPU sono ormai indubbi: costi di simulazione significativamente inferiori per lo stesso numero di progetti, consumi energetici massicciamente ridotti e la possibilità di sostituire migliaia di core di CPU con un singolo nodo GPU. Tuttavia, fino ad oggi l’accelerazione abilitata dalla GPU in Simcenter STAR-CCM+ era legata a un singolo fornitore di hardware GPU, limitando così le opzioni.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402, facciamo un importante passo avanti nella nostra offerta di GPU. Ora i calcoli di Simcenter STAR-CCM+ possono essere eseguiti sia su GPU AMD che su GPU NVIDIA. In questa versione è ora possibile sfruttare le GPU della serie AMD Instinct™ 200 (MI210, MI250, MI250X), con una coerenza invariata nei risultati indipendentemente dall’hardware scelto, sia esso CPU o GPU. Questo vi offre una scelta più ampia di hardware, un accesso più facile alla CFD accelerata da GPU e, in definitiva, una maggiore flessibilità per ottenere i risultati CFD nel modo più efficiente possibile.
Esecuzione più efficiente di simulazioni CHT e multi-timescale con solutori nativi per GPU
Come già sottolineato, la simulazione CFD accelerata dalle GPU offre una lunga serie di vantaggi, tra cui la possibilità di eseguire le simulazioni in modo efficiente dal punto di vista dei costi e dell’energia. Di conseguenza, i nostri benchmark negli ultimi cicli di rilascio hanno dimostrato le eccellenti prestazioni di Simcenter STAR-CCM+ sulle GPU. È quindi di fondamentale importanza espandere la capacità di sfruttare le GPU a un maggior numero di modelli e quindi di applicazioni.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402 continuiamo quindi il porting dei solutori e delle funzionalità per renderli ugualmente disponibili per le simulazioni native su GPU e CPU. La nuova versione offre interfacce di contatto implicite ed esplicite mappate, fluido-solido e/o solido-solido, e un modello di proprietà dei materiali solido multiparte, nativo della GPU.
L’insieme di questi miglioramenti consente di eseguire simulazioni di trasferimento termico coniugato (CHT), gestione termica dei veicoli (VTM) e altre simulazioni a scala temporale multipla sulle GPU con tutti i vantaggi associati. Le soluzioni equivalenti a quelle della CPU sono garantite dal mantenimento di una base di codice unificata.
Accelerazione significativa delle simulazioni di flussi accoppiati multi-specie
Le applicazioni che coinvolgono i flussi reattivi sono presenti in molti settori. Sebbene la simulazione CFD sia in grado di coprire tutti gli aspetti relativi alle reazioni chimiche con un elevato livello di precisione, ha un costo. In genere, le simulazioni completamente accoppiate di flusso, energia e specie possono essere molto impegnative dal punto di vista computazionale.
Pertanto, in Simcenter STAR-CCM+ 2402, avete ora la possibilità di utilizzare il solutore Segregated Species insieme al solutore Coupled Flow and Energy, in alternativa all’approccio completamente accoppiato Flow-Energy-Species. Risolvere il trasporto delle specie in modo separato riduce il tempo di calcolo per l’intero sistema, con grandi vantaggi di accelerazione fino a x10 a seconda del caso d’uso o, più precisamente, del numero di specie coinvolte.
Si noti che, mentre l’approccio accoppiato flusso/energia con specie segregate può fornire una velocità significativa per le simulazioni multi-specie, si prevede che alcuni casi reattivi più complessi richiederanno un approccio completo accoppiato flusso/energia e specie accoppiate.
Integrazione della Smoothed-Particle Hydrodynamics (SPH) in Simcenter STAR-CCM+
La tecnologia Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) è un metodo alternativo molto potente e rapido per modellare flussi transitori complessi con flussi a superficie libera altamente dinamici, compresi getti e spruzzi. Tuttavia, gli strumenti standalone per SPH e mesh-based-CFD costringono gli utenti e i team di progettazione a scegliere lo strumento a priori e a lavorare con più strumenti diversi a seconda dei requisiti di simulazione.
Con Simcenter STAR-CCM+ 2402, rilasciamo la prima versione del solutore SPH completamente integrata nella piattaforma, che consente di eseguire simulazioni SPH e mesh dallo stesso strumento. Poiché l’SPH non richiede una mesh volumetrica, consente di gestire rapidamente il movimento di corpi complessi anche in presenza di contatti e geometrie complesse. Grazie all’integrazione in Simcenter STAR-CCM+ potrete beneficiare immediatamente della potenza di Simcenter STAR-CCM+ come piattaforma di simulazione CFD: Automazione integrata del flusso di lavoro end-to-end, pre-elaborazione avanzata con uno strumento CAD incorporato e connettività CAD esterna senza soluzione di continuità, potente analisi dei dati ed esplorazione dello spazio di progettazione incorporato con Design Manager.
Queste sono solo alcune delle caratteristiche principali di Simcenter STAR-CCM+ 2402. Queste caratteristiche vi permetteranno di progettare prodotti migliori più velocemente che mai, trasformando la complessità ingegneristica di oggi in un vantaggio competitivo.
