Novedades de Simcenter STAR-CCM+ 2606

El cálculo preciso de los campos magnéticos en los motores eléctricos ha sido históricamente un proceso lento y costoso desde el punto de vista computacional, lo que a menudo provoca retrasos significativos en las iteraciones de diseño, especialmente cuando es necesario evaluar de forma conjunta los efectos electromagnéticos y térmicos. Este desafío puede ralentizar el desarrollo de máquinas eléctricas capaces de ofrecer un rendimiento fiable en condiciones de funcionamiento reales.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606 incorporamos un nuevo solver de Elementos Finitos para el campo magnético, diseñado específicamente para la simulación integral en 3D de máquinas eléctricas. Esta nueva y potente funcionalidad mejora significativamente la eficiencia de las simulaciones electromagnéticas, manteniendo al mismo tiempo el nivel de precisión necesario para obtener predicciones fiables del par, las pérdidas y la distribución del campo magnético.

Al acelerar los análisis electromagnéticos de alta fidelidad, los ingenieros dedicados al diseño de motores eléctricos pueden realizar de forma más eficiente simulaciones electromagnéticas y térmicas integradas dentro de un mismo entorno, lo que contribuye a reducir los tiempos de desarrollo y a mejorar la fiabilidad de las predicciones de los hotspots térmicos.

Cuando se comparan los resultados de simulaciones CFD procedentes de distintas iteraciones de diseño o de estudios paramétricos, la simple visualización lado a lado suele no ser suficiente. Incluso diferencias mínimas, pero potencialmente decisivas, en los campos de flujo, las distribuciones de temperatura o los campos de presión pueden resultar difíciles de identificar mediante una inspección visual, lo que dificulta determinar qué modificaciones tienen realmente un impacto significativo.

La nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2606 aborda este desafío incorporando las operaciones de sustracción de campos de solución, que permiten realizar una comparación matemática directa entre dos resultados de simulación. Ahora es posible restar un campo de solución de otro para identificar con precisión las diferencias en las magnitudes escalares y vectoriales a lo largo de todo el dominio computacional.

Esta funcionalidad permite identificar de forma más rápida y fiable las diferencias entre distintas simulaciones, eliminando incertidumbres del proceso de análisis. Es posible cuantificar el efecto de las modificaciones de diseño o de los parámetros sin recurrir a operaciones manuales de postprocesado, reduciendo el tiempo necesario para cada ciclo de iteración.

Además, es posible validar las actualizaciones del modelo o verificar la convergencia mediante la medición numérica de las desviaciones entre las soluciones, garantizando que las simulaciones cumplan con los estándares de calidad mediante métricas objetivas. Los campos de diferencia se integran perfectamente en el flujo de trabajo de visualización existente, haciendo que el análisis comparativo sea una parte natural y eficiente del proceso de simulación.

Comunicar fenómenos complejos de dinámica de fluidos y comportamiento térmico a interlocutores no técnicos sigue representando uno de los desafíos más frecuentes en los procesos de desarrollo de ingeniería. Las visualizaciones tradicionales en pantalla y los mapas de contornos a menudo no consiguen transmitir de manera eficaz la relación espacial entre los resultados de la simulación y el producto real, con el riesgo de prolongar las revisiones de diseño y generar malentendidos entre los stakeholders.

La nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2606 aborda esta limitación introduciendo la funcionalidad Augmented Reality Passthrough con Hand Tracking, que permite proyectar directamente los resultados CFD sobre prototipos físicos mediante un visor de realidad mixta. Ahora es posible superponer campos de flujo, distribuciones térmicas y campos de presión directamente sobre el hardware real, eliminando la necesidad de interpretar mentalmente los datos de simulación en su contexto físico.

La interacción, completamente libre de controladores, permite manipular y explorar los resultados mediante simples gestos de las manos, manteniendo siempre la atención centrada en el producto físico. De este modo, las revisiones de diseño se vuelven más rápidas y eficaces, ya que los resultados de la simulación se presentan en un contexto tangible e inmediatamente comprensible para todos los participantes involucrados.

La posibilidad de visualizar los resultados exactamente en el punto donde se manifiestan en el producto real refuerza la confianza en las decisiones basadas en la simulación dentro de la organización. Los datos, que pasan de ser información abstracta a convertirse en demostraciones inmersivas y espacialmente precisas, favorecen un consenso más rápido y decisiones de diseño más fundamentadas.

Cuando se trabaja con geometrías de gran tamaño y especialmente complejas, el surface remeshing puede representar una parte significativa del tiempo total dedicado a la generación de la malla, creando cuellos de botella que retrasan la obtención de resultados de simulación y ralentizan los ciclos de iteración del diseño.

La nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2606 aborda este desafío introduciendo la paralelización MPI del surface remeshing, con escalabilidad de hasta 16 núcleos de CPU. Ahora es posible completar el remeshing superficial hasta 2,1 veces más rápido en los modelos más complejos, reduciendo significativamente los tiempos de espera asociados a la generación de la malla.

Este incremento de rendimiento permite reducir el tiempo total dedicado al meshing y acelerar todo el proceso de simulación. Como resultado, es posible evaluar un mayor número de variantes de diseño dentro del mismo intervalo de tiempo, aumentando la productividad del flujo de trabajo.

Gracias a la paralelización de una operación que anteriormente representaba un cuello de botella al ejecutarse en modo serie, se obtienen tiempos de respuesta más rápidos, desde la preparación de la geometría hasta la obtención de los resultados de simulación. La eficiente escalabilidad permite además aprovechar al máximo las workstations multicore ya disponibles, maximizando el rendimiento sin comprometer la eficiencia.

En los actuales procesos de desarrollo de producto, caracterizados por plazos cada vez más ajustados, esperar días para el entrenamiento de un modelo de inteligencia artificial puede generar cuellos de botella que ralentizan las iteraciones de diseño y retrasan la toma de decisiones. Cuando los tiempos de training se prolongan, disminuyen las oportunidades de explorar variantes de diseño y optimizar el rendimiento dentro de los plazos establecidos.

La nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2606 aborda este desafío introduciendo la compatibilidad multi-GPU para el módulo adicional PhysicsAI, lo que permite distribuir la carga de entrenamiento entre múltiples GPU NVIDIA. Gracias a una escalabilidad del rendimiento prácticamente lineal, ahora es posible completar el training de los modelos de IA en aproximadamente un tercio del tiempo, acelerando significativamente el proceso de desarrollo.

Este incremento de rendimiento permite evaluar un mayor número de variantes de diseño en el mismo intervalo de tiempo, ampliando la exploración del espacio de diseño y favoreciendo una mejor optimización de las soluciones. Al mismo tiempo, los flujos de inferencia más rápidos permiten tomar decisiones basadas en datos con mayor agilidad, manteniendo el ritmo requerido por los modernos procesos de ingeniería.

Al reducir los tiempos de espera y aumentar la productividad, los ingenieros pueden dedicar más tiempo a la innovación y menos al seguimiento del progreso del entrenamiento de los modelos. De este modo, el proceso de diseño se vuelve más ágil, flexible y perfectamente alineado con las necesidades de desarrollo más exigentes.

El diseño de cámaras de combustión de alto rendimiento para turbomáquinas requiere simulaciones detalladas del comportamiento del spray de combustible. Sin embargo, las simulaciones lagrangianas tradicionales del spray ejecutadas en CPU pueden requerir varios días de cálculo, generando importantes cuellos de botella en los ciclos de desarrollo. Cada nueva iteración de diseño implica largos tiempos de espera antes de poder evaluar configuraciones alternativas de los inyectores y de las geometrías de la cámara de combustión.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606, el solver lagrangiano se beneficia ahora de la aceleración mediante GPU, con soporte completo para los modelos de spray desarrollados específicamente para aplicaciones en el sector de las turbomáquinas. De este modo, es posible ejecutar las mismas simulaciones de combustión con spray de alta fidelidad aprovechando el hardware GPU, reduciendo drásticamente los tiempos de cálculo, que pueden pasar de días a pocas horas.

Este importante incremento del rendimiento permite iterar más rápidamente sobre el diseño de los inyectores de combustible y explorar un mayor número de configuraciones de la cámara de combustión dentro del mismo proyecto. Además, el coste computacional asociado a cada variante de diseño se reduce considerablemente, lo que hace más rentable analizar un espacio de diseño más amplio.

El resultado es un camino más rápido hacia la optimización del rendimiento de la combustión, sin comprometer la precisión física requerida por las simulaciones.

Para los diseñadores de sistemas de combustión, el análisis de fenómenos como el flashback y la predicción de emisiones representan uno de los principales desafíos desde el punto de vista computacional. El cálculo directo de las especies químicas y las reacciones requiere, de hecho, grandes recursos de procesamiento, ralentizando los ciclos de desarrollo y limitando el número de iteraciones de diseño que pueden evaluarse. Los enfoques tradicionales basados en CPU suelen obligar a encontrar un compromiso entre precisión y tiempos de cálculo, posponiendo la respuesta a cuestiones clave de diseño hasta fases más avanzadas del desarrollo.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606 se introduce un nuevo solver nativo para GPU dedicado a la química compleja, diseñado específicamente para simulaciones de combustión multiespecie. Esta nueva funcionalidad permite ejecutar los cálculos de cinética química detallada en tiempos significativamente inferiores respecto a los métodos convencionales.

Gracias a esta aceleración, es posible analizar un mayor número de variantes de diseño en el mismo intervalo de tiempo, agilizando el proceso de identificación de las configuraciones óptimas del sistema de combustión. Además, se reduce el tiempo necesario para obtener predicciones precisas de los fenómenos de flashback y de las emisiones, permitiendo validar el diseño desde las primeras fases del desarrollo.

Finalmente, el rendimiento del sistema de combustión puede evaluarse con un coste computacional significativamente menor, liberando recursos de hardware para estudios paramétricos más amplios y detallados.

Descubre cómo la aceleración de la química compleja en GPU puede transformar tu flujo de trabajo para el análisis de combustión y reducir significativamente los tiempos de desarrollo.

Con el crecimiento de las infraestructuras de HPC para satisfacer la creciente demanda de simulaciones, los costes energéticos representan una parte cada vez más relevante de los presupuestos operativos. Al mismo tiempo, las organizaciones de ingeniería están llamadas a contribuir a los objetivos corporativos de sostenibilidad y a la reducción de la huella de carbono. Sin embargo, en la mayoría de los casos, los usuarios de CFD no disponen de herramientas para conocer el consumo energético real de sus simulaciones, lo que dificulta identificar oportunidades de optimización o cuantificar el impacto ambiental de las actividades de cálculo.

La nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2606 responde a esta necesidad introduciendo funcionalidades integradas de monitorización y generación de informes sobre el consumo energético, que permiten realizar un seguimiento del consumo de energía durante toda la ejecución de las simulaciones CFD.

Gracias a esta información, es posible identificar con precisión qué fases de la simulación requieren un mayor consumo energético, facilitando la toma de decisiones más informadas en la selección de las configuraciones del solver y de las estrategias de generación de la malla. Además, es posible monitorizar el uso de los recursos de cálculo para identificar oportunidades de reducción de los costes operativos, manteniendo la precisión de las simulaciones sin modificaciones.

Las funcionalidades de generación de informes también permiten documentar de forma objetiva los avances hacia los objetivos corporativos de sostenibilidad y reducción de emisiones de CO₂. Al hacer transparente el consumo energético de las simulaciones, esta nueva funcionalidad transforma un coste hasta ahora poco visible en un parámetro medible y optimizable del flujo de trabajo CFD.

En el pasado, la modelización de los efectos térmicos mediante el método SPH requería separar los análisis fluidodinámicos de los térmicos, transfiriendo manualmente los datos entre distintos solvers. Este enfoque aumentaba los tiempos de preparación del modelo, introducía posibles fuentes de error y hacía que el flujo de simulación fuera más complejo y menos coherente.

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606, esta limitación se supera gracias a la posibilidad de acoplar directamente el solver SPH con el solver energético para ejecutar simulaciones de transferencia de calor conjugada.

Ahora es posible simular simultáneamente la evolución de la temperatura tanto en fluidos como en sólidos dentro de un único entorno de simulación, eligiendo entre un acoplamiento directo o un enfoque staggered, especialmente adecuado para el análisis de fenómenos que se desarrollan en escalas temporales más prolongadas.

Este enfoque integrado permite obtener predicciones más fiables mediante un método computacionalmente eficiente, especialmente adecuado para simulaciones de refrigeración mediante chorros. Además, elimina la necesidad de transferir manualmente los datos entre diferentes herramientas térmicas, reduciendo el trabajo de postprocesado y simplificando todo el flujo de modelización.

Los sprays líquidos rara vez se desarrollan en condiciones aisladas: en la mayoría de las aplicaciones están influenciados por un flujo de aire, por ejemplo, debido al viento o al movimiento del propio componente. Para obtener predicciones fiables, es fundamental considerar la interacción entre las gotas y el flujo turbulento circundante, ya que ignorarla puede generar importantes imprecisiones en la predicción del comportamiento del spray y de sus fenómenos de dispersión.

La nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2606 aborda esta necesidad permitiendo mapear directamente los campos de flujo obtenidos mediante el método de Volúmenes Finitos en las simulaciones SPH, utilizándolos como condiciones de fondo con un acoplamiento completo de las fuerzas de arrastre.

Esta integración permite tener en cuenta los efectos del flujo de aire turbulento mediante un acoplamiento transitorio o utilizando una instantánea de un campo de flujo estacionario como condición inicial de la simulación SPH.

Gracias a este enfoque acoplado, es posible representar con mayor precisión la interacción entre aire y líquido, mejorando la predicción de los sprays transportados por el viento en estudios de gestión del agua exterior o simulando con mayor fiabilidad los efectos del windage en los sistemas de refrigeración por spray de las transmisiones.