Con il rilascio di Simcenter STAR-CCM+ 2406, 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!

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Simulazione multifase accurata, comprese le miscele

L’hybrid multiphase è un approccio intelligente per la simulazione a costi contenuti di liquidi in varie fasi come getti, film, gocce e nebbie. Tuttavia, l’approccio VOF-Lagrangian Multiphase – Fluid Film allo stato dell’arte non è in grado di analizzare adeguatamente le applicazioni con miscele (nebbie), poiché richiede che tutto sia risolto o considerato in modo discreto, il che comporterebbe costi computazionali significativi.

Per risolvere questo problema, la nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406 introduce numerose funzionalità che pongono la miscela multifase con interfacce su larga scala MMP-LSI al centro della modellazione multifase ibrida. In primo luogo, la nuova versione supporta la transizione di goccioline lagrangiane a MMP. Ciò consente un trattamento più efficiente di gocce molto piccole – tipicamente di dimensioni di 10 micron, trasportate con flusso continuo – laddove il modello LMP non è efficiente. Inoltre, il modello S-Gamma per MMP-LSI consente di trasportare e prevedere con precisione le distribuzioni dimensionali di gocce o bolle nelle fasi MMP provenienti da LMP (e da altre fonti). Infine, LMP Impingement into MMP-LSI Free Surfaces consente di simulare scenari in cui le gocce di LMP passano in regioni con un’elevata frazione di volume della corrispondente fase continua.

L’insieme di queste nuove funzionalità consente di coprire applicazioni che includono miscele, sfruttando sempre il modello multifase più efficiente da utilizzare localmente, mentre le transizioni tra i modelli più adeguati saranno gestite automaticamente. Questa innovazione consente di simulare in modo efficiente superfici libere di interfaccia , gocce balistiche, film e miscele in un’unica simulazione. Il risultato è una previsione accurata delle dimensioni delle gocce e del trasporto di fase, che lo rende efficiente per un’ampia gamma di applicazioni, come il raffreddamento dei motori elettrici.

Miglioramento della fedeltà per la valutazione del rischio di invecchiamento delle celle delle batterie

Il degrado dei materiali attivi interni di una cella della batteria porta a una diminuzione delle prestazioni a lungo termine, ponendo una sfida ai progettisti di batterie per l’identificazione di metodi di mitigazione.

Con la nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406, il modello Sub-grid Particle Surface Film per la degradazione delle celle, coglie due principali meccanismi di invecchiamento: la crescita del film dell’interfase solido-elettrolita Solid-Electrolyte Interphase (SEI) e la crescita del film della placcatura di litio. Progettato per essere utilizzato insieme al 3D cell designer di Simcenter STAR-CCM+, questo modello consente di localizzare le aree più colpite dall’invecchiamento, con modelli convalidati rispetto ai risultati sperimentali del progetto MODALIS finanziato dalla Commissione Europea.

Questo approccio innovativo consente di modellare la complessità dei processi di invecchiamento nelle batterie. Questo sistema integra le simulazioni di sistema a lungo termine incentrate sul dominio del tempo, fornendo preziose informazioni spaziali sui meccanismi di degradazione e contribuendo così a strategie di mitigazione più efficaci.

Modellazione dell’agglomerazione di particelle in flussi granulari (umidificati)

La granulazione delle particelle è una parte importante dell’industria di processo e della produzione farmaceutica e svolge un ruolo cruciale nella qualità del prodotto finale. La simulazione di tali processi industriali con agglomerazione o deposito di particelle solide è impegnativa e richiede una modellazione accurata delle forze coesive.

Con la nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406, il modello Particle Agglomeration, che sostituisce il modello Parallel bonds, facilita la formazione di legami in base a condizioni locali e temporali definite dall’utente. Questo modello ammette i legami tra le particelle e i confini e include la rigidità del legame indipendente dalle proprietà meccaniche. Questi miglioramenti consentono di simulare processi di agglomerazione di particelle più realistici in varie applicazioni industriali, migliorando significativamente il realismo e riducendo i costi di calcolo.

Interazione fluido-struttura (FSI) e contatti complessi

Per i contatti meccanici, il metodo standard richiede l’inserimento da parte dell’utente del parametro di penalty, che descrive la rigidità del contatto. Questo può essere difficile da determinare, soprattutto in situazioni di contatto complesse.

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406 include il metodo Augmented Lagrangian Multiplier (ALM), basato sull’algoritmo di Uzawa, che attenua questo problema imponendo un contatto accurato indipendente dal parametro di penalty. È robusto anche in caso di variazioni improvvise del contatto, con un aggiornamento automatico opzionale del parametro per una convergenza più rapida. Ora è possibile ottenere un’elevata precisione e robustezza nei contatti complessi senza compromessi.

Studi di design exploration più rapidi grazie allo smart simulation initialization

Gli studi di esplorazione di progetti estesi beneficiano della maggior parte delle possibilità di accelerazione delle simulazioni di progetti individuali sottostanti.

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406 offre una soluzione inizializzando automaticamente le simulazioni di un nuovo progetto più vicino ai risultati attesi, sfruttando i risultati esistenti del progetto più simile precedentemente simulato nello spazio di progettazione. In altre parole, la soluzione prende il risultato di calcolo della soluzione che si presume essere la più vicina. Questo approccio accelera le singole simulazioni di progetto e di conseguenza riduce il tempo complessivo di esecuzione dello studio di esplorazione del progetto. Va notato che nei casi in cui lo spazio di progettazione e lo spazio delle soluzioni sono correlati in modo non lineare, il tempo risparmiato può essere trascurabile. A scopo di monitoraggio e comprensione, è possibile identificare facilmente i progetti riutilizzati e i progetti che riutilizzano i risultati con Design Sets specifici. Il flusso di lavoro è semplificato e non richiede operazioni manuali; questa funzione è disponibile per gli studi Sweep, Design Of Experiment e Optimization, anche se non si salvano tutti i progetti.

Questo semplice metodo consente di condurre processi di esplorazione dei progetti più efficienti e veloci, aumentando significativamente la produttività.

Valutare facilmente l’impatto dei parametri CAD su una cost function

Nell’ultima versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406, è ora possibile calcolare la sensibilità adjoint di una cost function rispetto ai parametri globali utilizzati nel CAD 3D, estendendo la funzionalità Compute Parameter Sensitivity introdotta nella versione 2306. Questo miglioramento consente di valutare in modo efficiente l’impatto dei parametri CAD sulle global cost functions, come le perdite di carico, senza dover ricorrere a configurazioni complesse. Ciò significa che ora è possibile comprendere rapidamente gli effetti delle modifiche al progetto sulle principali metriche di prestazione, semplificando il processo di ottimizzazione del progetto.

Ottimizzazione basate sui gradienti (Adjoint)

L’adjoint basato sul gradiente è un potente metodo di ottimizzazione. Ma non è sempre vantaggioso calcolare e valutare l’adjoint sull’intera geometria. Limitare il calcolo delle sensibilità a specifiche aree di interesse richiedeva una complessa assegnazione a confini specifici.

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406 introduce il sottogruppo per superficie per il calcolo delle sensibilità adjoint, consentendo di ottimizzare i componenti del progetto in modo più efficace calcolando la sensibilità della superficie solo dove necessario. Questa impostazione evita la valutazione di adjoint non necessari al di fuori della regione di interesse, rendendo il flusso di lavoro dell’ottimizzazione basata sul gradiente più efficiente e facile da usare.

Esplorazione immersiva dei risultati attraverso la Realtà Virtuale, senza installazione

L’utilizzo della Realtà Virtuale per le simulazioni CFD richiedeva in precedenza l’installazione locale di Simcenter STAR-CCM+ Virtual Reality. Questo può rappresentare una sfida in ambienti IT molto restrittivi, il che può essere un motivo per non incorporare la tecnologia nei nuovi flussi di lavoro.

Ora, con la nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406, l’esplorazione della Realtà Virtuale può essere attivata da Simcenter STAR-CCM+ Web Viewer con un solo clic. Ciò consente di comprendere meglio i risultati in qualsiasi momento e ovunque, senza alcuna installazione. È possibile entrare facilmente nella Scena direttamente dal browser e passare senza problemi alla Realtà Virtuale, migliorando la comprensione e la condivisione degli approfondimenti in modo più efficace.

Maggiore efficienza nella manipolazione e nel defeaturing degli instanced bodies

La gestione esplicita degli instanced bodies all’interno del modellatore CAD 3D incorporato di Simcenter STAR-CCM+ può costringere a eseguire passaggi di preparazione della geometria ripetitivi e inefficienti, con il rischio di diventare un collo di bottiglia per la memoria.

La nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406 affronta la sfida di manipolare in modo efficiente gli instanced bodies, utilizzando le informazioni CAD preesistenti per creare istanze del corpo originale. Questo approccio garantisce che le modifiche applicate a qualsiasi caso possano essere propagate a tutte le istanze, comprese le funzioni di reapair, i comandi di sketch e le body operations. Ciò comporta una riduzione del consumo di memoria proporzionale al numero di istanze della geometria, rendendo il processo più efficiente.

Cattura più efficiente dello strato limite con l’Adaptive Mesh Refinement

L’Adaptive mesh refinement (AMR) offre diversi vantaggi, tra cui una maggiore accuratezza, una migliore efficienza e scalabilità, oltre a un ridotto utilizzo di memoria. Tuttavia, con il raffinamento isotropo dello strato del prisma, l’AMR può determinare un numero inutilmente elevato di celle all’interno dello strato del prisma e del dominio interno. Ciò comporta un’inutile penalizzazione dei tempi di esecuzione senza aggiungere alcun beneficio in termini di maggiore precisione o stabilità.

Per risolvere questo problema, la nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406 supporta ora il raffinamento anisotropico dello strato del prisma durante l’AMR. Questa strategia di raffinamento riduce il numero complessivo di celle, accelerando i tempi di simulazione. Il supporto di strategie di affinamento isotropiche, tangenziali, normali e basate su criteri garantisce un’elevata flessibilità, assicurando una definizione più efficiente dello strato limite senza compromettere l’accuratezza.

Affrontare simulazioni complesse di velivoli rotanti con maggiore facilità

La progettazione di velivoli rotanti pone sfide significative a causa della complessità dell’analisi e della previsione dei campi di flusso in condizioni di assetto instabile.

La nuova opzione di trimming che utilizza il metodo degli elementi blade in Simcenter STAR-CCM+ 2406 fornisce una soluzione veloce e a media fedeltà per analizzare questi campi di flusso instabili durante le operazioni di trimming. Incorporando questo metodo, è possibile snellire il flusso di lavoro, eliminando la necessità di regolazioni manuali dopo ogni esecuzione e riducendo così il processo di simulazione complessivo. Il risultato è un tempo di realizzazione più verloce rispetto al tradizionale approccio RBM (rigid body motion), che consente di ottenere rapidamente risultati affidabili. La nuova versione consente di affrontare simulazioni complesse di velivoli rotanti con maggiore facilità.

Simulazione scalabile e più veloce del movimento del corpo rigido

Le applicazioni che coinvolgono moti di corpo rigido (RBM), come l’aerodinamica instazionaria dei veicoli e il raffreddamento dei motori elettrici, si basano spesso su interfacce a sliding mesh, che possono essere computazionalmente intensive e limitare le prestazioni su un numero elevato di core.

Il nuovo intersector basato sulle metriche in Simcenter STAR-CCM+ 2406 offre una soluzione a questa sfida, fornendo un calcolo dell’intersezione dell’interfaccia più veloce e scalabile.

Utilizzando questo innovativo approccio di calcolo dell’intersezione delle interfacce, è possibile ottenere prestazioni migliori e tempi di esecuzione più rapidi per simulazioni complesse che coinvolgono interfacce di grandi dimensioni.

Esecuzione di simulazioni di gestione termica dei veicoli accelerate da GPU e con workflow ottimizzato

Le applicazioni di Conjugate Heat Transfer (CHT), come il Vehicle Thermal Management (VTM), richiedono calcoli intensivi, in particolare quando si utilizzano modelli di radiazione. In questi studi, tutte le parti solide del veicolo (oltre 10k+ nelle configurazioni moderne) devono essere modellate in dettaglio per garantire che nessun componente si surriscaldi in un’ampia gamma di condizioni operative. Le proprietà della superficie, come l’emissività, di ogni parte solida giocano un ruolo fondamentale nell’accuratezza delle simulazioni.

Simcenter STAR-CCM+ 2406 introduce un modello di radiazione Surface to Surface (S2S) nativo per GPU e un flusso di lavoro completamente rivisto per la memorizzazione e l’inserimento delle proprietà delle superfici. Il modello S2S nativo per GPU accelera le simulazioni VTM e altre simulazioni CHT, fornendo soluzioni equivalenti a quelle della CPU e mantenendo una base di codice unificata. Il nuovo flusso di lavoro delle proprietà superficiali riduce drasticamente i tempi di pre-elaborazione dei file di simulazione con migliaia di solidi grazie a una migliore integrazione con i database dei materiali e i Templates

Utilizzando la potenza delle GPU e le funzionalità di automazione native, è possibile ottenere riduzioni significative nel processo di simulazione end-to-end, rendendo più efficiente l’esecuzione di analisi termiche dettagliate. Questi progressi non solo accelerano i processi di simulazione, ma garantiscono anche risultati coerenti e affidabili, indipendentemente dall’hardware utilizzato.

Sfruttare un maggior numero di solutori e funzionalità

Simcenter STAR-CCM+ 2406 consente ora l’inizializzazione della griglia in sequenza nativa per GPU, che accelera l’aerodinamica dei veicoli allo stato stazionario. Il trasferimento del modello isotermico e di slittamento parziale del fluido segregato alle GPU consente di eseguire flussi rarificati in modo più efficiente. Infine, qualsiasi tipo di simulazione beneficerà del monitoraggio delle parti derivate dalle GPU.

Con questi miglioramenti Siemens continua a perseguire la strategia di consentire l’esecuzione delle simulazioni sull’hardware più adatto alle vostre esigenze aziendali e di progetto. Offrendo una transizione continua tra GPU e CPU e garantendo risultati coerenti grazie a una base di codice unificata.

Sfruttare la simulation automation intelligence

L’implementazione di script Java per l’automazione di complessi flussi di lavoro CFD, sebbene potente e flessibile, può essere impegnativa da mantenere e aggiornare.

In Simcenter STAR-CCM+ 2406 stiamo ampliando l’automazione nativa della simulazione per supportare configurazioni fisiche multiple e flussi di lavoro ancora più complessi all’interno di una singola simulazione. Due nuove funzionalità offrono un supporto per la selezione del modello di turbolenza nelle fasi e nelle sequenze di operazioni di Nested Simulation. Ciò significa che è possibile automatizzare facilmente i flussi di lavoro da RANS a DES e inizializzare in modo robusto le simulazioni supersoniche e ipersoniche del settore aerospaziale utilizzando un flusso di lavoro da Inviscid a RANS completamente automatizzato, il tutto con un unico continuum di fisica e senza bisogno di scripting Java. Le operazioni di Nested Simulation semplificano la gestione, la manutenzione e la risoluzione dei problemi delle sequenze di simulazione complesse, migliorando l’affidabilità e l’efficienza dei flussi di lavoro. Ciò consente anche di creare un unico modello di simulazione per più scenari, riducendo la necessità di interventi manuali e di scripting. Queste nuove funzionalità consentono di creare ed eseguire rapidamente sofisticati flussi di lavoro automatizzati, migliorando la produttività e garantendo la coerenza tra i diversi progetti di simulazione.

Esecuzione di un’ampia gamma di applicazioni con SPH

La tecnologia Smoothed-Particle Hydrodynamics (SPH) è un potente metodo alternativo per modellare flussi transitori complessi con flussi a superficie libera altamente dinamici. Sebbene l’introduzione di SPH in Simcenter STAR-CCM+ 2402 offra un accesso integrato a questo metodo accanto al tradizionale approccio basato su mesh, la prima versione era limitata nella gamma di applicazioni. Per coprire un maggior numero di applicazioni, stiamo quindi ampliando continuamente le capacità SPH.

Con la nuova versione di Simcenter STAR-CCM+ 2406, le applicazioni con iniezioni di liquidi per SPH sono ora abilitate grazie al supporto delle condizioni al contorno di ingresso per le particelle SPH. Questo amplia la serie di applicazioni coperte da SPH, includendo il deflusso dell’acqua nei veicoli e la lubrificazione del gruppo propulsore con iniezione a getto d’olio. Questo aumenta la versatilità di SPH all’interno di Simcenter STAR-CCM+ e amplia le possibilità di modellare flussi altamente dinamici con il metodo più adeguato all’interno di un unico ambiente di simulazione.

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