Le novità di Simcenter STAR-CCM+ 2606

Il calcolo accurato dei campi magnetici nei motori elettrici è stato storicamente un processo lungo e oneroso, che spesso comporta ritardi significativi nelle iterazioni di progetto, soprattutto quando è necessario valutare congiuntamente gli effetti elettromagnetici e termici. Questa sfida può rallentare lo sviluppo di macchine elettriche in grado di garantire prestazioni affidabili in condizioni operative realistiche. 

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606 introduciamo un nuovo solver agli Elementi Finiti per il campo magnetico, progettato specificamente per la simulazione completa in 3D delle macchine elettriche. Questa nuova e potente funzionalità migliora significativamente l’efficienza delle simulazioni elettromagnetiche, mantenendo al contempo il livello di accuratezza necessario per ottenere previsioni affidabili di coppia, perdite e distribuzione del campo magnetico. 

Accelerando le analisi elettromagnetiche ad alta fedeltà, gli ingegneri che progettano motori elettrici possono eseguire in modo più efficiente simulazioni elettromagnetiche e termiche integrate all’interno dello stesso ambiente, contribuendo a ridurre i tempi di sviluppo e ad aumentare l’affidabilità delle previsioni degli hotspot termici. 

Quando si confrontano i risultati di simulazioni CFD provenienti da diverse iterazioni di progetto o da studi parametrici, la semplice visualizzazione affiancata spesso non è sufficiente. Differenze anche minime, ma potenzialmente decisive, nei campi di moto, nelle distribuzioni di temperatura o nei campi di pressione possono risultare difficili da individuare con la sola ispezione visiva, rendendo complesso stabilire quali modifiche abbiano realmente un impatto significativo. 

La nuova versione Simcenter STAR-CCM+ 2606 affronta questa sfida introducendo le operazioni di sottrazione dei campi di soluzione, che consentono un confronto matematico diretto tra due risultati di simulazione. È ora possibile sottrarre un campo di soluzione da un altro per evidenziare con precisione le differenze nelle grandezze scalari e vettoriali su tutto il dominio computazionale. 

Questa funzionalità permette di individuare più rapidamente e con maggiore affidabilità le differenze tra diverse simulazioni, eliminando le incertezze dal processo di analisi. È possibile quantificare l’effetto delle modifiche progettuali o dei parametri senza ricorrere a operazioni manuali di post-processing, riducendo i tempi necessari per ciascun ciclo di iterazione. 

Inoltre, è possibile validare gli aggiornamenti del modello o verificare la convergenza misurando numericamente gli scostamenti tra le soluzioni, assicurando che le simulazioni soddisfino gli standard qualitativi attraverso metriche oggettive. I campi differenza si integrano perfettamente nel flusso di lavoro di visualizzazione già esistente, rendendo l’analisi comparativa una parte naturale ed efficiente del processo di simulazione. 

Comunicare fenomeni complessi di fluidodinamica e comportamento termico a interlocutori non tecnici rappresenta ancora una delle sfide più ricorrenti nei processi di sviluppo ingegneristico. Le tradizionali visualizzazioni su schermo e le mappe a contorni spesso non riescono a trasmettere in modo efficace la relazione spaziale tra i risultati della simulazione e il prodotto reale, con il rischio di allungare le revisioni di progetto e generare incomprensioni tra gli stakeholder. 

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2606 colma questa lacuna introducendo la funzionalità Augmented Reality Passthrough con Hand Tracking, che consente di proiettare direttamente i risultati CFD su prototipi fisici attraverso un visore di realtà mista. È ora possibile sovrapporre campi di moto, distribuzioni termiche e campi di pressione direttamente sull’hardware reale, eliminando la necessità di interpretare mentalmente i dati della simulazione nel loro contesto fisico. 

L’interazione, completamente priva di controller, permette di manipolare ed esplorare i risultati mediante semplici gesti delle mani, mantenendo sempre l’attenzione sul prodotto fisico. In questo modo, le revisioni di progetto diventano più rapide ed efficaci, poiché i risultati della simulazione vengono presentati in un contesto concreto e immediatamente comprensibile a tutti i soggetti coinvolti. 

La possibilità di visualizzare i risultati esattamente nel punto in cui si manifestano sul prodotto reale rafforza la fiducia nelle decisioni basate sulla simulazione all’interno dell’organizzazione. I dati, da informazioni astratte, si trasformano in dimostrazioni coinvolgenti e spazialmente accurate, favorendo un consenso più rapido e decisioni progettuali più consapevoli. 

Quando si lavora con geometrie di grandi dimensioni e particolarmente complesse, il surface remeshing può rappresentare una parte significativa del tempo complessivo dedicato alla generazione della mesh, creando colli di bottiglia che ritardano l’ottenimento dei risultati di simulazione e rallentano i cicli di iterazione del progetto. 

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2606 affronta questa sfida introducendo la parallelizzazione MPI del surface remeshing, con scalabilità fino a 16 core CPU. È ora possibile completare il remeshing superficiale fino a 2,1 volte più velocemente sui modelli più complessi, riducendo in modo significativo i tempi di attesa per la generazione della mesh. 

Questo incremento delle prestazioni consente di ridurre il tempo complessivo dedicato al meshing e di accelerare l’intero processo di simulazione. Di conseguenza, è possibile valutare un numero maggiore di varianti progettuali all’interno dello stesso arco temporale, aumentando la produttività del flusso di lavoro. 

Grazie alla parallelizzazione di un’operazione che in precedenza rappresentava un collo di bottiglia eseguito in modalità seriale, si ottengono tempi di risposta più rapidi, dalla preparazione della geometria fino ai risultati della simulazione. L’efficiente scalabilità permette inoltre di sfruttare appieno le workstation multicore già disponibili, massimizzando le prestazioni senza compromettere l’efficienza. 

Negli attuali processi di sviluppo prodotto, caratterizzati da tempi sempre più serrati, attendere giorni per l’addestramento di un modello di intelligenza artificiale può creare colli di bottiglia che rallentano le iterazioni progettuali e ritardano il processo decisionale. Quando i tempi di training si prolungano, diminuiscono le opportunità di esplorare varianti di progetto e ottimizzare le prestazioni entro le scadenze previste. 

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2606 affronta questa sfida introducendo il supporto multi-GPU per il modulo aggiuntivo PhysicsAI, consentendo di distribuire il carico di addestramento su più GPU NVIDIA. Grazie a una scalabilità delle prestazioni pressoché lineare, è ora possibile completare il training dei modelli AI in circa un terzo del tempo, accelerando in modo significativo il processo di sviluppo. 

Questo incremento di prestazioni permette di valutare un numero maggiore di varianti progettuali nello stesso intervallo di tempo, ampliando l’esplorazione dello spazio di progetto e favorendo una migliore ottimizzazione delle soluzioni. Allo stesso tempo, i flussi di inferenza più rapidi consentono di prendere decisioni basate sui dati con maggiore tempestività, mantenendo il ritmo richiesto dai moderni processi di ingegneria. 

Riducendo i tempi di attesa e aumentando la produttività, gli ingegneri possono dedicare più tempo all’innovazione e meno al monitoraggio dell’avanzamento dell’addestramento dei modelli. Il processo di progettazione diventa così più agile, reattivo e perfettamente allineato alle esigenze di sviluppo più ambiziose. 

La progettazione di camere di combustione ad alte prestazioni per le turbomacchine richiede simulazioni dettagliate del comportamento dello spray di combustibile. Tuttavia, le tradizionali simulazioni lagrangiane dello spray eseguite su CPU possono richiedere diversi giorni di calcolo, creando importanti colli di bottiglia nei cicli di sviluppo. Ogni nuova iterazione progettuale comporta lunghi tempi di attesa prima di poter valutare configurazioni alternative degli iniettori e delle geometrie della camera di combustione. 

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606, il solver lagrangiano beneficia ora dell’accelerazione tramite GPU, con pieno supporto ai modelli di spray specificamente sviluppati per le applicazioni nel settore delle turbomacchine. È quindi possibile eseguire le stesse simulazioni di combustione con spray ad alta fedeltà sfruttando l’hardware GPU, riducendo drasticamente i tempi di calcolo, che possono passare da giorni a poche ore. 

Questo significativo incremento delle prestazioni consente di iterare più rapidamente sul progetto degli iniettori di combustibile ed esplorare un numero maggiore di configurazioni della camera di combustione nell’ambito dello stesso progetto. Inoltre, il costo computazionale associato a ciascuna variante progettuale si riduce sensibilmente, rendendo più conveniente analizzare uno spazio di progetto più ampio. 

Il risultato è un percorso più rapido verso l’ottimizzazione delle prestazioni della combustione, senza compromettere l’accuratezza fisica richiesta dalle simulazioni. 

Per i progettisti di sistemi di combustione, l’analisi di fenomeni come il flashback e la previsione delle emissioni rappresentano una delle principali sfide dal punto di vista computazionale. Il calcolo diretto delle specie chimiche e delle reazioni richiede infatti ingenti risorse di elaborazione, rallentando i cicli di sviluppo e limitando il numero di iterazioni progettuali che possono essere valutate. I tradizionali approcci basati su CPU costringono spesso a trovare un compromesso tra accuratezza e tempi di calcolo, rinviando la risposta a quesiti progettuali fondamentali alle fasi più avanzate dello sviluppo. 

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606 viene introdotto un nuovo solver nativo per GPU dedicato alla chimica complessa, progettato specificamente per simulazioni di combustione multispecie. Questa nuova funzionalità consente di eseguire i calcoli della cinetica chimica dettagliata in tempi significativamente inferiori rispetto ai metodi convenzionali. 

Grazie a questa accelerazione è possibile analizzare un numero maggiore di varianti progettuali nello stesso intervallo di tempo, velocizzando il processo di individuazione delle configurazioni ottimali del sistema di combustione. Si riduce inoltre il tempo necessario per ottenere previsioni accurate dei fenomeni di flashback e delle emissioni, consentendo una validazione del progetto già nelle fasi iniziali dello sviluppo. 

Infine, le prestazioni del sistema di combustione possono essere valutate con un costo computazionale sensibilmente inferiore, liberando risorse hardware per studi parametrici più estesi e approfonditi. 

Scopri come l’accelerazione della chimica complessa su GPU può trasformare il tuo flusso di lavoro per l’analisi della combustione e ridurre significativamente i tempi di sviluppo. 

Con la crescita delle infrastrutture di HPC per soddisfare la crescente domanda di simulazioni, i costi energetici rappresentano una quota sempre più rilevante dei budget operativi. Parallelamente, le organizzazioni ingegneristiche sono chiamate a contribuire agli obiettivi aziendali di sostenibilità e alla riduzione dell’impronta di carbonio. Tuttavia, nella maggior parte dei casi gli utenti CFD non dispongono di strumenti per conoscere l’effettivo consumo energetico delle proprie simulazioni, rendendo difficile individuare opportunità di ottimizzazione o quantificare l’impatto ambientale delle attività di calcolo. 

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2606 risponde a questa esigenza introducendo funzionalità integrate di monitoraggio e reportistica dei consumi energetici, che consentono di tracciare il consumo di energia durante l’intera esecuzione delle simulazioni CFD. 

Grazie a queste informazioni è possibile identificare con precisione quali fasi della simulazione richiedono il maggiore dispendio energetico, supportando decisioni più consapevoli nella scelta delle impostazioni del solver e delle strategie di generazione della mesh. È inoltre possibile monitorare l’utilizzo delle risorse di calcolo per individuare opportunità di riduzione dei costi operativi, mantenendo inalterata l’accuratezza delle simulazioni. 

Le funzionalità di reportistica consentono anche di documentare in modo oggettivo i progressi verso gli obiettivi aziendali di sostenibilità e di riduzione delle emissioni di CO₂. Rendendo trasparente il consumo energetico delle simulazioni, questa nuova funzionalità trasforma un costo finora poco visibile in un parametro misurabile e ottimizzabile del flusso di lavoro CFD. 

In passato, la modellazione degli effetti termici con il metodo SPH richiedeva di separare le analisi fluidodinamiche da quelle termiche, trasferendo manualmente i dati tra solver distinti. Questo approccio aumentava i tempi di preparazione del modello, introduceva potenziali fonti di errore e rendeva il flusso di simulazione più complesso e meno coerente. 

Con Simcenter STAR-CCM+ 2606 questa limitazione viene superata grazie alla possibilità di accoppiare direttamente il solver SPH con il solver energetico per l’esecuzione di simulazioni di trasferimento di calore coniugato. 

È ora possibile simulare contemporaneamente l’evoluzione della temperatura sia nei fluidi sia nei solidi all’interno di un unico ambiente di simulazione, scegliendo tra un accoppiamento diretto oppure un approccio staggered, particolarmente adatto all’analisi di fenomeni che si sviluppano su scale temporali più estese. 

Questo approccio integrato consente di ottenere previsioni più affidabili con un metodo computazionalmente efficiente, particolarmente indicato per simulazioni di raffreddamento tramite getti. Inoltre, elimina la necessità di trasferire manualmente i dati tra strumenti termici differenti, riducendo il lavoro di post-processing e semplificando l’intero flusso di modellazione. 

Gli spray di liquido raramente si sviluppano in condizioni isolate: nella maggior parte delle applicazioni sono influenzati da un flusso d’aria, ad esempio dovuto al vento o al movimento del componente stesso. Per ottenere previsioni affidabili è quindi fondamentale considerare l’interazione tra le goccioline e il flusso turbolento circostante, poiché trascurarla può portare a significative imprecisioni nella previsione del comportamento dello spray e dei suoi fenomeni di dispersione. 

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2606 affronta questa esigenza consentendo di mappare direttamente i campi di moto ottenuti con il metodo ai Volumi Finiti nelle simulazioni SPH, utilizzandoli come condizioni di fondo con accoppiamento completo delle forze di trascinamento. 

Questa integrazione permette di tenere conto degli effetti del flusso d’aria turbolento attraverso un accoppiamento transitorio oppure utilizzando un’istantanea di un campo di moto stazionario come condizione iniziale della simulazione SPH. 

Grazie a questo approccio accoppiato è possibile rappresentare con maggiore accuratezza l’interazione tra aria e liquido, migliorando la previsione degli spray trasportati dal vento negli studi di gestione dell’acqua esterna oppure simulando con maggiore affidabilità gli effetti del windage nei sistemi di raffreddamento a spruzzo delle trasmissioni.