Indice dei contenuti
Il nuovo aggiornamento di Simcenter STAR-CCM+ 2502 introduce miglioramenti fondamentali in diversi ambiti, con l’obiettivo di aumentare la velocità di simulazione, migliorare l’accuratezza dei modelli e potenziare l’integrazione tra discipline ingegneristiche.
Simulazioni per la sicurezza delle batterie
I produttori di batterie devono affrontare una sfida critica: garantire la sicurezza, in particolare mitigando il rischio di thermal runaway in caso di cortocircuiti o altri guasti. Gli strumenti di modellazione tradizionali hanno spesso mostrato limiti nel prevedere con precisione queste complesse reazioni chimiche ed elettrochimiche. Per rispondere a questa esigenza, la nuova release di Simcenter STAR-CCM+ 2502 introduce il modello “Homogeneous Multiphase Complex Chemistry Model”, progettato per fornire una simulazione dettagliata del comportamento delle celle batteria in condizioni critiche. Pur essendo un modello generico, l’Homogeneous Multiphase Complex Chemistry Model consente ai progettisti di modellare esplicitamente le reazioni fondamentali che si attivano durante un evento di thermal runaway, offrendo una visione dettagliata della risposta termo-elettrochimica a un cortocircuito o alla perforazione da chiodo. Questa capacità avanzata permette agli ingegneri di ottenere informazioni approfondite, progettando batterie più sicure senza ricorrere ai costi elevati dei test fisici. In definitiva, questa funzionalità migliora la prevenzione degli incidenti, aumenta la fiducia dei consumatori e facilita la conformità alle normative di sicurezza più rigorose.
Analisi avanzata della corrosione
La corrosione è un problema diffuso in molti settori industriali, causando elevati costi di manutenzione e fermi impianto non programmati. Gli strumenti di analisi tradizionali spesso non riescono a prevedere in modo efficace l’innesco e la progressione della corrosione, portando a guasti imprevisti. Simcenter STAR-CCM+ 2502 integra il database Corrosion Djinn di Corrdesa per un’analisi avanzata della corrosione. Dati di polarizzazione di alta qualità descrivono la relazione tra la caduta di potenziale all’interfaccia del materiale e la corrente elettrica specifica, costituendo input fondamentali per il risolutore di Potenziale Elettrodinamico di Simcenter STAR-CCM+. Il material database Corrdesa Corrosion Djinn contiene una raccolta di dati, tra cui le curve di polarizzazione superficiale, ottenute tramite rigorosa caratterizzazione sperimentale. Questa funzionalità offre agli ingegneri strumenti affidabili per simulare e prevedere la corrosione in diverse condizioni ambientali, utilizzando dati ad alta fedeltà. Di conseguenza, le aziende possono progettare proattivamente soluzioni per eliminare potenziali problemi di corrosione, prolungare la vita utile dei componenti e ridurre significativamente i costi di manutenzione.
Modellazione accurata di fluidi complessi
Nell’industria alimentare, prevedere con precisione il comportamento di fluidi complessi, come la maionese, che presentano caratteristiche non newtoniane, rappresenta una sfida significativa. Questi fluidi possono comportarsi come solidi a bassi livelli di shear stress, per poi fluire come liquidi a sforzi più elevati. Questo comportamento complica i processi produttivi e il controllo qualità. Per rispondere a questa esigenza, Simcenter STAR-CCM+ 2502 introduce i modelli generalizzati per fluidi non newtoniani, in particolare: Yield Stress Threshold e Yielding Viscosity per le leggi Non-Newtoniane di Cross e Carreau-Yasuda. Questi modelli avanzati di viscosità consentono di rappresentare in modo più accurato il comportamento complesso dei fluidi di tipo Bingham sotto sforzo. Simulando il comportamento reale di questi fluidi, gli ingegneri possono prevedere con precisione le loro prestazioni in condizioni operative reali, ottimizzando i processi di produzione e riempimento.
Copertura spray uniforme per diverse applicazioni
Ottenere una copertura uniforme dello spray è fondamentale in numerosi settori, dall’agricoltura alla produzione automobilistica, in quanto influisce su aspetti cruciali come la resa delle colture o la qualità della finitura delle verniciature.La variabilità in questo processo può generare inefficienze e sprechi, rappresentando una sfida logistica significativa. In molti di questi casi, l’iniettore a getto piatto (Flat Fan Nozzle Injector) fornisce un getto uniforme e piatto, sotto forma di un sottile velo a ventaglio.
In ambito agricolo, ad esempio, gli ugelli a ventaglio piatto sono essenziali per garantire una distribuzione omogenea dei pesticidi nelle applicazioni aeree. Ugelli di questo tipo sono utilizzati anche in applicazioni di pulizia e sgrassaggio, rivestimento e verniciatura, raffreddamento e umidificazione, lubrificazione, trattamento superficiale e controllo delle polveri. Il modello Flat Fan Nozzle Injector introdotto in Simcenter STAR-CCM+ 2502 consente di configurare rapidamente e con facilità questo tipo di iniettori.
Risultati accurati vengono ottenuti grazie al metodo LISA (Linear Instability Sheet Atomization), che permette di simulare con precisione l’atomizzazione del velo liquido. Questa tecnologia assicura un’applicazione uniforme in diverse condizioni operative, migliorando l’utilizzo delle risorse e l’efficienza dei processi. Il risultato è una riduzione degli sprechi e dei costi, contribuendo a pratiche di produzione più sostenibili ed ecocompatibili.
Ottimizzazione più rapida basata su metodo adjoint
I metodi di ottimizzazione adjoint si basano su una serie di simulazioni multiple, in cui il solutore adjoint viene eseguito a ogni passo. Considerando che questo tipo di solutore è molto oneroso in termini di risorse computazionali, tali studi di ottimizzazione raggiungono facilmente il limite di fattibilità. Gli aggiornamenti algoritmici introdotti in Simcenter STAR-CCM+ 2502 al solutore adjoint con discretizzazione al secondo ordine migliorano drasticamente il tasso di convergenza, riducendo così in modo significativo il tempo complessivo di calcolo. Inoltre, questo miglioramento diminuisce la necessità di ricorrere alla discretizzazione adjoint al primo ordine per garantire la convergenza, aumentando quindi anche la precisione delle sensibilità adjoint calcolate. Grazie alla riduzione dei tempi di simulazione e a risultati di qualità superiore, gli ingegneri possono esplorare e sviluppare design ottimali in modo molto più efficiente ed efficace.
Simulazioni rapide e scalabili di oggetti in movimento
Molte applicazioni, come l’immersione in vernice o il riempimento di bottiglie, comportano il movimento di un corpo solido che influenza il moto di un fluido. Per rappresentare accuratamente tale interazione, l’approccio overset meshing offre una combinazione di flessibilità e precisione, grazie all’utilizzo di una mesh di background abbinata a una body-fitted moving mesh. Questa configurazione garantisce un’elevata qualità della mesh in prossimità dei contorni dei corpi in movimento, portando a risultati altamente accurati. Tuttavia, questa precisione comporta una maggiore complessità, che si traduce in costi computazionali elevati e scalabilità non ottimale.
Il nuovo approccio Virtual Body, introdotto nella versione Simcenter STAR-CCM+ 2502, elimina la necessità di utilizzare due mesh separate, offrendo un’alternativa più economica, scalabile e facile da configurare rispetto all’approccio overset per diverse applicazioni validate. Inoltre, rappresenta una soluzione più stabile in scenari che prevedono spazi ridotti tra le geometrie.
Sliding mesh su GPUs e CPUs
Molte applicazioni, come l’aerodinamica esterna dei veicoli con ruote in rotazione, richiedono l’uso del moto del corpo rigido per catturare fenomeni di flusso transitori e non stazionari. In questi casi si utilizzano le interfacce a sliding mesh, note anche come interfacce non conformi.
Tradizionalmente, in tali scenari, l’intersezione delle interfacce viene eseguita a ogni time step. Tuttavia, a causa della complessità dell’algoritmo di intersezione e dell’elevato fabbisogno di dati a livello di interfaccia, le prestazioni delle sliding mesh risultano limitate quando vengono eseguite su un numero elevato di core o con l’utilizzo di GPU.
La nuova strategia di Boundary Interface Caching, disponibile nella versione Simcenter STAR-CCM+ 2502, consente di calcolare i dati dell’interfaccia una sola volta e di riutilizzarli nei passi temporali successivi, riducendo in modo significativo i tempi di simulazione con mesh scorrenti, sia su CPU che su GPU.
Simulazioni di gestione termica del veicolo su GPU
L’industria automobilistica è costantemente sotto pressione per migliorare l’efficienza energetica, gestendo al contempo il calore generato durante il funzionamento, un aspetto particolarmente critico nella progettazione dei veicoli. Allo stesso tempo, i vantaggi offerti dalle GPU nell’esecuzione di simulazioni CFD più rapide ed energeticamente più efficienti sono ormai indiscutibili. Con Simcenter STAR-CCM+ 2502, estendiamo ulteriormente la gamma di applicazioni di thermal management che possono essere affrontate sia su CPU che su GPU, grazie al porting di un numero crescente di solver nativi per GPU. Il nuovo metodo GPU-native Actual Flow Dual Stream Heat Exchanger sfrutta l’accelerazione GPU per eseguire simulazioni VTM complesse.
Altre applicazioni supportate includono simulazioni CHT più rapide dei gruppi ottici anteriori, grazie ai solver energetici segregati e accoppiati GPU-native per le regioni shell solide, oltre a simulazioni accelerate per la gestione termica delle batterie e il raffreddamento dell’elettronica, rese possibili dai nuovi modelli GPU-native per materiali ortotropi, anisotropi e a isotropia trasversale. Tutto ciò consente di aumentare il throughput e ampliare le opzioni hardware disponibili, mentre un’architettura solver unificata per CPU e GPU garantisce risultati coerenti. Il risultato è la possibilità di eseguire più simulazioni di gestione termica in meno tempo, migliorando la produttività e accelerando i cicli di sviluppo.
Automazione dei flussi di lavoro per aerodinamica e turbomacchine
Le simulazioni complesse, che coinvolgono molteplici fenomeni fisici o fasi operative differenti, possono essere difficili da configurare, richiedendo spesso l’uso di script articolati e impostazioni dettagliate. La funzionalità Stages all’interno di Simcenter STAR-CCM+ semplifica notevolmente questo processo. Offre un’interfaccia intuitiva per definire e gestire le fasi della simulazione, riducendo i tempi di setup e permettendo agli ingegneri di concentrarsi maggiormente sull’analisi dei risultati piuttosto che sulla configurazione.
Con la versione Simcenter STAR-CCM+ 2502, la funzionalità Stages è disponibile per una gamma ancora più ampia di applicazioni: grazie al supporto dei modelli Harmonic Balance e Harmonic Balance Turbulence, è ora possibile affrontare con semplicità workflow di simulazione per turbomacchine. Il supporto per Moving Reference Frame (MRF) e Rigid Body Motion (RBM) all’interno degli Stages consente di gestire con facilità transizioni da regime stazionario a regime transitorio, come nel caso dell’aerodinamica esterna con parti rotanti. Il metodo Stages non solo velocizza il workflow di simulazione, ma aumenta significativamente la produttività e riduce il rischio di errori di configurazione.
Scambio dati semplificato per la progettazione di macchine elettriche
La collaborazione tra i progettisti di macchine elettriche e gli ingegneri CFD è spesso ostacolata da formati di dati e sistemi incompatibili. Il nuovo formato “Simcenter Data Exchange (SCDX)”, introdotto in Simcenter STAR-CCM+ 2502, risolve queste criticità garantendo un trasferimento dati fluido ed efficiente tra diversi strumenti software e team di lavoro. Questa capacità di integrazione consente un workflow più coeso, riduce il rischio di errori e accelera la conclusione dei progetti grazie a una collaborazione migliorata.
