Geekflare recibe el apoyo de nuestra audiencia. Podemos ganar comisiones de afiliación de los enlaces de compra en este sitio.
En Desarrollo Última actualización: 14 de septiembre de 2023
Compartir en:
Escáner de seguridad de aplicaciones web Invicti - la única solución que ofrece verificación automática de vulnerabilidades con Proof-Based Scanning™.

El análisis CFD permite a los ingenieros visualizar, probar y analizar los diseños de sus productos para resolver problemas relacionados con el flujo de fluidos, la transferencia de calor, las turbulencias, los materiales no newtonianos, etc.

La tecnología ha facilitado a organizaciones e ingenieros el cálculo virtual de la eficiencia de sus diseños en cualquier momento y en cualquier condición. Como resultado, se ahorra tiempo, esfuerzo y dinero.

Pero antes el proceso no era tan sencillo. Las costosas pruebas físicas eran el único medio de resolver problemas prácticos antes de que aparecieran la simulación o el análisis CFD. Se trataba de pruebas rigurosas con prototipos y muchas retiradas y fallos.

Aparte de las pruebas, hay que solucionar los problemas rápidamente para pasar el diseño a producción. El software de análisis CFD te ayuda con esto, y es de lo que voy a hablar en este artículo.

Así que, empecemos.

¿Qué es la CFD?

La dinámica de fluidos computacional (CFD) es una parte de la mecánica de fluidos que utiliza estructuras de datos y cálculos numéricos para analizar y resolver problemas de flujo de fluidos (gases y líquidos) como composiciones químicas, densidad y velocidad.

Y la herramienta para realizar análisis CFD y resolver problemas de flujo de fluidos es el software CFD. Garantiza que se utilicen los mejores conceptos de flujo desde las primeras fases del diseño del producto para que los componentes funcionen eficientemente en diversas condiciones.

CFD facilita el análisis de problemas complejos de flujo de fluidos que implican interacciones líquido-gas, fluido-sólido o fluido-fluido. Utiliza solvers avanzados para transformar las leyes físicas de ecuaciones diferenciales parciales en ecuaciones algebraicas y resolverlas con eficacia.

Ingenieros y analistas utilizan ordenadores para realizar estos cálculos y simular el fluido que fluye libremente y su interacción con las superficies. Utilizando sofisticados ordenadores o superordenadores, se pueden obtener soluciones precisas con gran rapidez, incluso para los problemas más complejos.

La CFD se utiliza en diversos ámbitos, como:

  • Ingeniería aeroespacial para simular la aerodinámica de aeronaves, flujo turbulento/laminar, flujo compresible/incompresible, diseño de perfiles aerodinámicos, máquinas rotativas, etc.
  • Fabricación electrónica, como simulación de baterías, refrigeración, etc.
  • Calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC)
  • Automóviles para simular la aerodinámica de piezas de automóviles, tuberías y válvulas.
  • Prevención de la cavitación
  • Equipamiento deportivo, y mucho más

¿Cómo funciona el análisis CFD?

En general, el análisis CFD comprende tres fases principales:

Preprocesamiento: Es entonces cuando el problema del flujo de fluidos se transforma en un modelo informático discreto e ideal. Los ingenieros y analistas hacen algunas suposiciones basadas en el tipo de flujo, como compresible, incompresible, estacionario, transitorio, viscoso, no viscoso, etc. También crean una malla y aplican condiciones de contorno en las superficies que interactúan.

Resolver: El análisis CFD utiliza potentes solvers que realizan cálculos reales sobre problemas o ecuaciones de flujo de fluidos y aportan soluciones precisas y rápidas.

Post-procesamiento: Los analistas visualizan y analizan los resultados en la fase final para concluir en forma de tablas, gráficos, imágenes en movimiento, etc.

¿Cuáles son las ventajas del análisis CFD?

El análisis CFD es beneficioso en el desarrollo de productos de muchas maneras:

#1. Eficacia

Analizar y resolver ecuaciones complejas llevaría muchísimo tiempo si se hiciera manualmente mediante pruebas y cálculos convencionales. Pero el software de análisis CFD puede resolver complejas ecuaciones de flujo de fluidos con gran velocidad y precisión, ahorrándole esfuerzos y tiempo.

#2. Más flexibilidad

Puede medir cantidades limitadas a la vez por medios manuales. Sin embargo, el análisis CFD le permite medir todas las cantidades físicas que desee simultáneamente con altas resoluciones gracias a una potencia de cálculo excepcional. Le ayuda a trasladar su diseño rápidamente a las pruebas físicas y la fabricación.

#3. Comentarios prácticos

Los ingenieros pueden crear diseños y comprobar su eficacia antes de la construcción con ayuda del análisis CFD. Permite cambiar la forma, estructura, tamaño, escala, etc. del modelo fácilmente en el software y finalizar el más eficiente.

#4. Experiencia en el mundo real

La simulación incluye diversos fenómenos y condiciones del mundo real, como el movimiento del viento, la gravedad, la velocidad de la luz, etc. De este modo, puede generar condiciones ambientales y probar sus diseños en esas condiciones para comprender su rendimiento y comportamiento.

Veamos ahora algunas de las mejores herramientas de análisis CFD del mercado.

Autodesk CFD

Autodesk CFD es un software de simulación CFD muy bueno para que analistas e ingenieros puedan predecir el flujo y el comportamiento de gases y líquidos de forma inteligente. Ayuda a minimizar los requisitos de diferentes prototipos físicos para obtener una visión en profundidad del flujo de un fluido para el rendimiento del diseño.

Autodesk-CFD

Con este software CFD y las herramientas de simulación térmica obtendrá un gran número de funciones que funcionan con el máximo rendimiento. El uso de la herramienta le permite comparar diseños para comprender el comportamiento de los fluidos en su interior antes de pasar a la producción. Además, puede mejorar la distribución de la presión para aplicaciones de control de flujo y resolver ecuaciones para todos los modelos de transferencia de calor, desde sólido-sólido o sólido-fluido.

Autodesk CFD permite conectarlo a Fusion 360 para posibilitar la modificación y simplificación de CAD. También puede utilizar la automatización de mallas y la geometría para el dimensionamiento de mallas, y ejecutar múltiples análisis en servidores HPC, remotos o locales para resolver modelos de gran tamaño con flexibilidad.

El software permite optimizar el diseño para mejorar la eficiencia del edificio en aplicaciones MEP y arquitectónicas. También puede simular una interfaz entre gases y líquidos, modelar diversos fenómenos de flujo como derrames, chapoteos y olas, y desarrollar ecuaciones personalizadas para obtener resultados visuales.

Otras funciones que puede encontrar en Autodesk CFD son las conexiones CAD, la simulación del rendimiento de los componentes del disipador térmico y el rastreo de partículas para comprender mejor las direcciones de flujo y las circulaciones. También permite realizar mezclas escalares, modelar la radiación, analizar dispositivos giratorios y modelar la condensación y la humedad.

Aparte de esto, el análisis de las cargas de calefacción solar y la visibilidad del humo, la interfaz de usuario personalizable y limpia, los resultados basados en datos, y la automatización de secuencias de comandos a través de un API son también características valiosas de este software CFD.

SimScale

SimScalees un software CFD basado en la nube que le permite probar, validar, optimizar e iterar sus diseños mediante simulación en línea. Permite todos los procesos en un navegador web, por lo que no tiene que luchar con una potencia de cálculo limitada, costes elevados y accesibilidad.

Como las simulaciones transitorias necesitan más dinero y tiempo para producir resultados precisos, el software CFD de SimScale resuelve este problema. Este GPU-utiliza el Método de Lattice-Boltzmann (LBM) para ofrecer una gran precisión y una velocidad inigualable.

También colaboraron con Numeric Systems GmbH para crear esta función "out-of-the-box" utilizando Pacefish.

Como resultado, los tiempos de simulación de transitorios se han reducido de días y semanas a minutos y horas. Además, el software se ejecuta en varias GPU en paralelo y ofrece tiempos de respuesta entre 20 y 30 veces más cortos que los procesos estándar.

SimScale admite varios tipos de modelado de turbulencias, como Smagorinsky, k-omega SST, Hybrid SST-IDDES y SST-DDES. Dado que la compresibilidad de los fluidos es una consideración vital, la herramienta admite simulaciones de fluidos compresibles e incompresibles con precisión para ayudarle a diseñar y desarrollar productos más seguros y de calidad.

El software CFD de SimScale puede resolver complejas ecuaciones de flujo de fluidos con métodos numéricos precisos. De ahí que sea aplicable al diseño de componentes de aviones, perfiles aerodinámicos, conductos, válvulas, etc.

También funciona para flujos turbulentos y laminares, además de para simulaciones transitorias y estacionarias. Por tanto, es útil para diseñar tuberías, propagación de humos, salas blancas y separadores ciclónicos.

El programa ofrece funciones de simulación térmica y modelización de flujos multiespecíficos o multifásicos con ayuda del método de volumen de fluido (VoF). También utiliza el solver OpenFOAM para analizar dos fluidos que no se mezclan, como el agua y el aceite, lo que resulta útil en ingeniería de procesos y aplicaciones marinas.

Ejecute simulaciones en estado estacionario utilizando marcos de referencia múltiples (MRF) o condiciones de contorno rotativas junto con simulaciones transitorias con la interfaz de malla arbitraria (AMI). También puede simular y evaluar el movimiento de cuerpos sólidos con 6 grados de libertad (DoF), adecuado para la construcción naval y el diseño de tuberías.

Ansys

Todo ingeniero de diseño debe haber utilizado o al menos oído hablar de Ansys que ofrece excelentes herramientas de simulación CFD para ayudarle a tomar decisiones más rápidas y acertadas. Sus simulaciones CFD ofrecen resultados precisos y una gran potencia de cálculo, y su calidad ha sido validada.

Las herramientas CFD son intuitivas y potentes para ayudarle a mejorar la seguridad y el rendimiento de sus productos, al tiempo que reducen los esfuerzos y el tiempo de desarrollo. Además, garantizan que los errores sean mínimos o nulos y ofrecen la gran posibilidad de innovar y fabricar productos optimizados utilizando solvers eficientes de calidad industrial.

Tanto si busca formas de realizar simulaciones eficaces de formación de hielo en vuelo como de maximizar la eficiencia del motor de combustión interna (IC), Ansys tiene herramientas para ayudarle. Son fáciles de usar y avanzadas para ahorrarle tiempo y ayudarle a aumentar su productividad.

Algunos de los productos CFD que ofrecen son:

  • Ansys es Fluent en modelado avanzado de alta precisión
  • Ansys CFX: velocidad, robustez y precisión excepcionales en aplicaciones de turbomaquinaria
  • Ansys Chemkin-Pro es una herramienta CFD de primera calidad para modelar sistemas complejos que reaccionan químicamente.

Además, proporcionan otras herramientas relacionadas, como Ansys BladeModeler, Ansys Rocky, Ansys Vista TF, Ansys TurboGrid, Ansys Polyflow, Ansys Model Fuel Library, Ansys FENSAP-ICE, Ansys EnSight y Ansys Forte.

OpenFOAM

Publicado en 2004, OpenFOAM es un software CFD gratuito y de código abierto desarrollado por OpenCFD. Cuenta con una importante base de usuarios en todo el mundo en la mayoría de las regiones de la ciencia y la ingeniería, incluidas organizaciones académicas y comerciales.

OpenFOAM ofrece multitud de funciones aplicables a la resolución de flujos de fluidos simples y complejos, como reacciones químicas, transferencia de calor, turbulencias, mecánica de sólidos, electromagnetismo y acústica. 

Además, la comunidad de desarrolladores de OpenFOAM sigue contribuyendo a su desarrollo, y también incluyen desarrollos patrocinados por clientes para lanzar nuevas versiones cada 6 meses.

Lo prueban de forma independiente los especialistas en aplicaciones de ESI-OpenCFD, clientes seleccionados y socios de desarrollo. Llevan a cabo rigurosas pruebas en el software para garantizar la calidad. El proceso de evaluación, validación y verificación del código incluye cientos de pruebas unitarias diarias.

Módulo CFD

El software de modelado CFD de Consol - Módulo CFD permite definir modelos y resolverlos para estudiar sistemas con flujo de fluidos. También sirve para sistemas que contienen una combinación de flujo de fluidos y fenómenos físicos, lo que significa que funciona tanto para flujos monofásicos como multifásicos.

El módulo CFD ofrece herramientas para modelar las piedras angulares de distintos análisis del flujo de fluidos, como:

  • Flujos compresibles e incompresibles
  • Flujos turbulentos y laminares
  • Flujo en medios libres o porosos y zonas abiertas
  • Flujo de película fina

El software implementa estas capacidades a través de interfaces de flujo estructural para definir, analizar y resolver problemas de flujo estacionario y transitorio en 3D2D y 2D axisimétrico. Además, ofrece funcionalidades a medida para resolver problemas relativos a flujos con un elevado número de Mach, flujos no newtonianos y maquinaria rotativa.

El módulo CFD puede modelar flujos reactivos y transferencias de calor conjugadas en el mismo entorno para permitirle analizar problemas de flujo simultáneamente. Además, ofrece más funciones multifísicas, como la interacción fluido-estructura, que puede activar combinando el software con otros módulos de Comsol.

Simcenter

Analice y prediga el rendimiento de los productos en el mundo real con la ayuda de Software de simulación CFD Simcenter de Siemens. Esta herramienta de análisis CFD, líder del sector, ofrece una simulación rápida y precisa de diversos problemas de ingeniería relacionados con fluidos, estructuras y física conexa.

Tanto si es diseñador, ingeniero CFD o investigador, el software puede ayudarle a analizar problemas complejos de flujo de fluidos y transformar los conocimientos obtenidos en el desarrollo de productos innovadores.

También puede simular fácilmente problemas en los que intervienen varias piezas móviles y que interactúan entre sí, utilizando el mallado morphing, el mallado overset o una combinación de ambos.

Además, puede utilizar las funciones de malla móvil para simulaciones estacionarias o transitorias y estudios paramétricos. Esto permite sustituir o reposicionar sin esfuerzo un objeto y estudiar diferentes configuraciones de diseño. El software Simcenter CFD proporciona Lagrangiano y euleriano capacidades de modelado para adaptarse con precisión a las distintas necesidades de simulación.

Por no hablar de que es el primer simulador comercial de ingeniería que incluye una función DEM con simulación numérica de flujos. Le ayuda a analizar cómo interactúan los flujos turbulentos con los flujos reactivos para garantizar que el producto funciona correctamente en distintas condiciones de funcionamiento.

Además, dispondrá de una amplia biblioteca con modelos precisos para predecir fuentes aeroacústicas, como modelos de estado estacionario, DES/LES y modelos de propagación. También puede utilizar simulaciones de baterías con especificaciones geométricas y rendimiento para validar el diseño de su batería digital de iones de litio.

Flowsquare

Otro software CFD gratuito de esta lista es Flowsquare - un software CFD bidimensional para analizar flujos de fluidos no estacionarios y no reactivos/reactivos junto con flujos subsónicos o supersónicos.

Ofrece un entorno práctico para el análisis CFD y pretende acercar a más personas a esta tecnología y simular flujos para alimentar sus intereses académicos o educativos.

La mayoría de las herramientas CFD comerciales tienen un coste elevado y requieren conocimientos especializados y grandes recursos computacionales, por lo que no todo el mundo puede utilizarlas, pero Flowsquare es gratuita y está diseñada para facilitar su uso.

No requiere conocimientos de mallado, programación CAD ni pre y postprocesamiento. Puede empezar dibujando un campo de simulación sencillo con cualquier herramienta de pintura, como Microsoft Paint.

YouTube vídeo

Establezca el dominio de cálculo utilizando 1-2 imágenes Bitmap y un único archivo de texto. Aquí puede realizar la visualización en tiempo real y guardarla como archivos Bitmap. Dispone de herramientas de visualización incorporadas para colores, contornos vectoriales, partículas lagrangianas y gráficos.

Flowsquare utiliza condiciones y esquemas numéricos muy flexibles, y los datos de simulación están disponibles en formato binario para su posprocesamiento. Lo utilizan en todo el mundo particulares, empresas e instituciones educativas con múltiples fines.

ParaView

ParaView es un software de visualización y análisis de datos multiplataforma y de código abierto. Permite crear visualizaciones rápidamente y analizar sus datos con ayuda de métodos cualitativos y cuantitativos. métodos.

Las simulaciones CFD de ParaView permiten estudiar la sustentación, la resistencia, el flujo de aire, etc., para ayudar a mejorar la eficacia del diseño. También es capaz de analizar conjuntos de datos masivos con recursos de memoria de cálculo distribuidos. Además, puede realizar la exploración de datos de forma interactiva mediante programación o en 3D utilizando las funciones de procesamiento por lotes del software.

Puede ejecutar ParaView en superordenadores y analizar conjuntos de datos a petascala o en su ordenador portátil para analizar datos menores. Esta versatilidad lo hace aplicable a diferentes industrias, universidades y laboratorios nacionales. Es más, ha ganado múltiples premios por su gran capacidad de cálculo y rendimiento.

Aproveche ParaView para su próximo proyecto y benefíciese de sus avanzados servicios y soluciones de I+D. También puede unirse al Foro ParaView y mantenerse al día de los últimos avances. La herramienta es excelente para muchos casos de uso, como:

  • Las Herramientas de Análisis de Datos Climáticos (CDAT) ayudan a los analistas a vigilar, predecir y seguir los cambios climáticos.
  • Las simulaciones CFD ayudan a los equipos de aviación a analizar y estudiar la sustentación y la resistencia.
  • Exploración intuitiva de datos inmersivos.
  • ParaView Catalyst y PHASTA ayudan en una simulación CFD de control de flujo con alta fidelidad para perfiles de ala.
  • Simulación ALEGRA en una placa cerámica utilizada en la penetración de un chorro de carga conformada
  • NVIDIA Omniverse ParaView Connector permite a los científicos analizar datos climáticos y meteorológicos de forma interactiva junto con sus efectos sobre la Tierra.

Altair

Tanto si desea realizar un modelado CFD avanzado como estudiar los efectos térmicos o de fluidos relativos a su diseño, Altair puede ayudarle con sus amplias herramientas. Ofrece varios solvers escalables y un potente software CFD de pre y postprocesamiento para probar el rendimiento completo del sistema y analizar los componentes en detalle.

Altair CFD utiliza un solver Navier-Stokes con amplias capacidades de análisis para transferencia de calor, flujo, materiales no newtonianos y turbulencia. Puede ofrecerle una solución robusta, precisa y escalable con independencia de la topología y la calidad de los elementos de malla.

Su avanzada tecnología ofrece una eficiencia energética y de costes optimizada con cálculo basado en GPU para un alto rendimiento. Como resultado, puede simular modelos complejos en un único servidor y calcular la aeroacústica de máquinas rotativas como los motores eléctricos, las energías renovables y los ventiladores de refrigeración.

Puede utilizar un flujo de trabajo racionalizado y específico en Altair HyperWorks con funciones de ejecución del solver, preprocesamiento y postprocesamiento. Además, Altair CFD también utiliza el método Lattice Boltzmann (LBM) para predecir las propiedades aerodinámicas a la velocidad del rayo para turismos, coches de carreras, vehículos pesados y camiones ligeros.

Altair utiliza el solver de Hidrodinámica de Partículas Suaves (SPH) para predecir flujos alrededor de geometrías complicadas en un movimiento complejo. Además, su herramienta de Método de Elementos Discretos (DEM) simula y estudia con precisión el comportamiento de materiales granulares como carbones, granos, fibras, polvos, etc.

Puede calcular Altair CFD y EDEM para simular la interacción de fluidos y partículas de forma realista e investigar sistemas complejos como lechos fluidizados, recubrimiento por pulverización, secado, filtración y mezcla sólido-líquido. Otras herramientas de esta suite son Altair FlowSimulator para transferencia de calor, flujo y diseño de combustión, SimLab para refrigeración de componentes electrónicos, etc.

SOLIDWORKS

Si es usuario de SOLIDWORKS, le gustará Software de simulación de flujo SOLIDWORKS. Trata los problemas de flujo de fluidos mediante análisis numérico y ofrece información dinámica sobre el rendimiento térmico y el flujo de fluidos de sus productos.

Gracias a las funciones de optimización paramétrica, puede automatizar el proceso de análisis y diseño para encontrar la mejor iteración de diseño dentro de un entorno CAD familiar. Las herramientas le permiten simular una gran variedad de gases y líquidos en distintos escenarios.

Sus aplicaciones típicas son los colectores de flujo, la refrigeración electrónica, los intercambiadores de calor y la aerodinámica. Dispone de numerosas herramientas de análisis CFD para la integración de elementos finitos, el análisis de sistemas rotativos, el análisis de flujos externos e internos, el módulo de refrigeración electrónica, la dinámica de superficies libres, el estudio de partículas y el módulo HVAC.

Este software CFD se integra con SOLIDWORKS y utiliza la interfaz CAD para el análisis. Puede reconocer automáticamente el volumen de fluido en un diseño en función del tipo de análisis y le permite ejecutar múltiples escenarios CFD y crear plantillas de análisis con entradas y parámetros precisos. También puede aprovechar el mallado dinámico con refinamiento automático de la malla para una gran actividad de fluidos.

Conclusión

El software de análisis CFD le permite visualizar y analizar problemas relacionados con el flujo de fluidos, la transferencia de calor, etc., en el diseño de sus productos. Puede resolver estos problemas con rapidez y precisión para permitir un diseño y desarrollo de productos más seguros y de calidad.

  • Amrita Pathak
    Autor
Gracias a nuestros patrocinadores
Más lecturas sobre desarrollo
Potencia tu negocio
Algunas de las herramientas y servicios que le ayudarán a hacer crecer su negocio.
  • Invicti utiliza el Proof-Based Scanning™ para verificar automáticamente las vulnerabilidades identificadas y generar resultados procesables en tan solo unas horas.
    Pruebe Invicti
  • Web scraping, proxy residencial, gestor de proxy, desbloqueador web, rastreador de motores de búsqueda, y todo lo que necesita para recopilar datos web.
    Pruebe Brightdata
  • Monday.com es un sistema operativo de trabajo todo en uno que te ayuda a gestionar proyectos, tareas, trabajo, ventas, CRM, operaciones, flujos de trabajo y mucho más.
    Prueba el lunes
  • Intruder es un escáner de vulnerabilidades en línea que encuentra puntos débiles de ciberseguridad en su infraestructura, para evitar costosas violaciones de datos.
    Prueba Intruder