Simcenter STAR-CCM+ 2502: ¡todas las novedades!

Los fabricantes de baterías se enfrentan a un desafío crítico: garantizar la seguridad, especialmente mitigando el riesgo de thermal runaway en caso de cortocircuitos u otros fallos. Las herramientas de modelización tradicionales han mostrado a menudo limitaciones a la hora de predecir con precisión estas complejas reacciones químicas y electroquímicas. Para responder a esta necesidad, la nueva versión de Simcenter STAR-CCM+ 2502 introduce el modelo “Homogeneous Multiphase Complex Chemistry Model”, diseñado para proporcionar una simulación detallada del comportamiento de las celdas de batería en condiciones críticas. Aunque se trata de un modelo genérico, el Homogeneous Multiphase Complex Chemistry Model permite a los diseñadores modelizar explícitamente las reacciones fundamentales que se activan durante un evento de thermal runaway, proporcionando una visión detallada de la respuesta termo-electroquímica ante un cortocircuito o una perforación con clavo. Esta capacidad avanzada permite a los ingenieros obtener información detallada para diseñar baterías más seguras sin recurrir a los elevados costes de las pruebas físicas. En definitiva, esta funcionalidad mejora la prevención de incidentes, aumenta la confianza de los consumidores y facilita el cumplimiento de normativas de seguridad cada vez más estrictas.

La corrosión es un problema extendido en muchos sectores industriales y genera elevados costes de mantenimiento y paradas de planta no programadas. Las herramientas de análisis tradicionales a menudo no permiten predecir de forma eficaz el inicio y la progresión de la corrosión, lo que puede provocar fallos imprevistos. Simcenter STAR-CCM+ 2502 integra la base de datos Corrosion Djinn de Corrdesa para realizar análisis avanzados de corrosión. Los datos de polarización de alta calidad describen la relación entre la caída de potencial en la interfaz del material y la corriente eléctrica específica, constituyendo datos de entrada fundamentales para el solucionador de Potencial Electrodinámico de Simcenter STAR-CCM+. La base de datos de materiales Corrdesa Corrosion Djinn contiene una recopilación de datos, incluidas las curvas de polarización superficial, obtenidos mediante una rigurosa caracterización experimental. Esta funcionalidad proporciona a los ingenieros herramientas fiables para simular y predecir la corrosión en diferentes condiciones ambientales utilizando datos de alta fidelidad. Como resultado, las empresas pueden diseñar de forma proactiva soluciones para eliminar posibles problemas de corrosión, prolongar la vida útil de los componentes y reducir significativamente los costes de mantenimiento.

En la industria alimentaria, predecir con precisión el comportamiento de fluidos complejos, como la mayonesa, que presentan características no newtonianas, representa un desafío importante. Estos fluidos pueden comportarse como sólidos a bajos niveles de esfuerzo cortante, para después fluir como líquidos cuando se someten a esfuerzos más elevados. Este comportamiento complica los procesos de producción y el control de calidad. Para responder a esta necesidad, Simcenter STAR-CCM+ 2502 introduce modelos generalizados para fluidos no newtonianos, en particular: Yield Stress Threshold y Yielding Viscosity para las leyes Non-Newtonian de Cross y Carreau-Yasuda. Estos modelos avanzados de viscosidad permiten representar con mayor precisión el comportamiento complejo de los fluidos de tipo Bingham bajo esfuerzo. Al simular el comportamiento real de estos fluidos, los ingenieros pueden predecir con precisión su rendimiento en condiciones operativas reales, optimizando los procesos de producción y llenado.

Lograr una cobertura uniforme mediante pulverización es fundamental en numerosos sectores, desde la agricultura hasta la producción automovilística, ya que influye en aspectos clave como el rendimiento de los cultivos o la calidad del acabado de las superficies pintadas. La variabilidad en este proceso puede generar ineficiencias y desperdicios, lo que supone un desafío logístico importante. En muchos de estos casos, el inyector de chorro plano (Flat Fan Nozzle Injector) proporciona un chorro uniforme y plano, en forma de una fina película en abanico.

En el ámbito agrícola, por ejemplo, las boquillas de abanico plano son esenciales para garantizar una distribución homogénea de los pesticidas en las aplicaciones aéreas. Este tipo de boquillas también se utiliza en aplicaciones de limpieza y desengrase, recubrimiento y pintura, refrigeración y humidificación, lubricación, tratamiento superficial y control del polvo. El modelo Flat Fan Nozzle Injector, introducido en Simcenter STAR-CCM+ 2502, permite configurar este tipo de inyectores de forma rápida y sencilla.

Se obtienen resultados precisos gracias al método LISA (Linear Instability Sheet Atomization), que permite simular con precisión la atomización de la película líquida. Esta tecnología garantiza una aplicación uniforme en diferentes condiciones operativas, mejorando el aprovechamiento de los recursos y la eficiencia de los procesos. El resultado es una reducción de los desperdicios y los costes, contribuyendo a prácticas de producción más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.

Los métodos de optimización adjunta se basan en una serie de simulaciones múltiples, en las que el solver adjunto se ejecuta en cada paso. Dado que este tipo de solver requiere muchos recursos computacionales, estos estudios de optimización alcanzan fácilmente sus límites de viabilidad. Las actualizaciones algorítmicas introducidas en Simcenter STAR-CCM+ 2502 en el solver adjunto con discretización de segundo orden mejoran drásticamente la velocidad de convergencia, reduciendo así de forma significativa el tiempo total de cálculo. Además, esta mejora reduce la necesidad de recurrir a la discretización adjunta de primer orden para garantizar la convergencia, aumentando también la precisión de las sensibilidades adjuntas calculadas. Gracias a la reducción de los tiempos de simulación y a unos resultados de mayor calidad, los ingenieros pueden explorar y desarrollar diseños óptimos de forma mucho más eficiente y eficaz.

Muchas aplicaciones, como la inmersión en pintura o el llenado de botellas, implican el movimiento de un cuerpo sólido que influye en el movimiento de un fluido. Para representar esta interacción con precisión, el enfoque de overset meshing ofrece una combinación de flexibilidad y precisión gracias al uso de una malla de fondo combinada con una malla móvil body-fitted. Esta configuración garantiza una alta calidad de la malla cerca de los contornos de los cuerpos en movimiento, lo que permite obtener resultados altamente precisos. Sin embargo, esta precisión implica una mayor complejidad, que se traduce en elevados costes computacionales y una escalabilidad no óptima.

El nuevo enfoque Virtual Body, introducido en la versión Simcenter STAR-CCM+ 2502, elimina la necesidad de utilizar dos mallas independientes y ofrece una alternativa más económica, escalable y fácil de configurar al enfoque overset para diversas aplicaciones validadas. Además, proporciona una solución más estable en escenarios que presentan espacios reducidos entre las geometrías.

Muchas aplicaciones, como la aerodinámica externa de vehículos con ruedas en rotación, requieren el uso del movimiento de cuerpo rígido para capturar fenómenos de flujo transitorios y no estacionarios. En estos casos se utilizan interfaces de sliding mesh, también conocidas como interfaces no conformes.

Tradicionalmente, en estos escenarios, la intersección de las interfaces se realiza en cada paso de tiempo. Sin embargo, debido a la complejidad del algoritmo de intersección y a la elevada cantidad de datos requerida a nivel de interfaz, el rendimiento de las sliding mesh se ve limitado cuando se ejecutan en un número elevado de núcleos o mediante GPU.

La nueva estrategia de Boundary Interface Caching, disponible en Simcenter STAR-CCM+ 2502, permite calcular los datos de la interfaz una sola vez y reutilizarlos en los pasos de tiempo posteriores, reduciendo significativamente los tiempos de simulación con mallas deslizantes, tanto en CPU como en GPU.

La industria automovilística está sometida constantemente a la presión de mejorar la eficiencia energética y, al mismo tiempo, gestionar el calor generado durante el funcionamiento, un aspecto especialmente crítico en el diseño de vehículos. Al mismo tiempo, las ventajas que ofrecen las GPU para ejecutar simulaciones CFD más rápidas y energéticamente más eficientes son indiscutibles. Con Simcenter STAR-CCM+ 2502, ampliamos aún más el conjunto de aplicaciones de gestión térmica que pueden abordarse tanto en CPU como en GPU, gracias a la adaptación de un número cada vez mayor de solvers nativos para GPU. El nuevo método GPU-native Actual Flow Dual Stream Heat Exchanger aprovecha la aceleración mediante GPU para ejecutar simulaciones VTM complejas.

Otras aplicaciones compatibles incluyen simulaciones CHT más rápidas de los grupos ópticos delanteros, gracias a los solvers de energía segregados y acoplados GPU-native para las regiones de sólidos Shell, así como simulaciones aceleradas para la gestión térmica de las baterías y la refrigeración de la electrónica, posibles gracias a los nuevos modelos GPU-native para materiales ortotrópicos, anisotrópicos y de isotropía transversal. Todo ello permite aumentar el throughput y ampliar las opciones de hardware disponibles, mientras que una arquitectura de solver unificada para CPU y GPU garantiza resultados coherentes. El resultado es la posibilidad de ejecutar más simulaciones de gestión térmica en menos tiempo, mejorando la productividad y acelerando los ciclos de desarrollo.

Las simulaciones complejas, que implican múltiples fenómenos físicos o diferentes fases operativas, pueden ser difíciles de configurar y, a menudo, requieren el uso de scripts complejos y configuraciones detalladas. La funcionalidad Stages de Simcenter STAR-CCM+ simplifica considerablemente este proceso. Ofrece una interfaz intuitiva para definir y gestionar las diferentes fases de la simulación, reduciendo los tiempos de configuración y permitiendo a los ingenieros centrarse más en el análisis de los resultados que en la configuración.

Con la versión Simcenter STAR-CCM+ 2502, la funcionalidad Stages está disponible para una gama aún más amplia de aplicaciones: gracias a la compatibilidad con los modelos Harmonic Balance y Harmonic Balance Turbulence, ahora es posible abordar fácilmente workflows de simulación para turbomáquinas. La compatibilidad con Moving Reference Frame (MRF) y Rigid Body Motion (RBM) dentro de Stages permite gestionar fácilmente las transiciones de un régimen estacionario a uno transitorio, como en el caso de la aerodinámica externa con componentes giratorios. El método Stages no solo agiliza el workflow de simulación, sino que también aumenta significativamente la productividad y reduce el riesgo de errores de configuración.

La colaboración entre los diseñadores de máquinas eléctricas y los ingenieros de CFD suele verse obstaculizada por formatos de datos y sistemas incompatibles. El nuevo formato “Simcenter Data Exchange (SCDX)”, introducido en Simcenter STAR-CCM+ 2502, resuelve estas dificultades al garantizar una transferencia de datos fluida y eficiente entre diferentes herramientas de software y equipos de trabajo. Esta capacidad de integración permite un workflow más cohesionado, reduce el riesgo de errores y acelera la finalización de los proyectos gracias a una mejor colaboración.

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