Flux multi-phasiques

Il est probable que votre simulation de fluides comprenne des flux multi-phasiques tels que l’ébullition, la cavitation, les flux multi-phasiques épars, les flux non miscibles et les flux avec particules. ANSYS CFD propose le plus grand choix de modèles physiques et sophistiqués de turbulence pour simuler avec précision les difficultés les plus ardues, ce qui vous permet d’anticiper en toute confiance la performance de votre produit.

De nombreuses simulations de fluides comprennent des flux multiphasiques. Qu’il s’agisse de la conception d’un transport ultra-rapide nécessitant une évaluation de la formation de glace ; du développement d’une analyse enzymatique sanguine ; de la production et la fonte de composés de poudre métallique rares pour la fabrication additive ou de la conception d’un système de filtrage pour fournir de l’eau potable sur un site distant  : vous faites face à des problèmes multiphasiques.

À mesure que nous repoussons les limites pour optimiser nos produits et processus, nous devons mieux comprendre l’interaction entre liquides, solides et gaz. Chacun de ces différents problèmes multiphasiques, nécessite une approche de modélisation différente. Nos clients ont utilisé ANSYS CFD pendant plus de 40 ans pour réaliser le plus grand choix de modèles multiphasiques précis et anticiper en toute confiance la performance de leurs produits. Pour réellement comprendre votre produit, vous devez réussir vos simulations multiphasiques.

Atomisation actionnée par Delphi - Vortex
Atomisation actionnée par Vortex dans les systèmes injection haute pression diesel.
Copyright Delphi Automotive Systems
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Tous les utilisateurs peuvent obtenir d'excellents résultats de simulation multiphasique

Grâce à la chaîne de simulation simplifiée Fluent, les utilisateurs novices et experts peuvent configurer des simulations multiphases complexes. Un seul panneau à onglets organise les configurations multiphases en un flux logique, étape par étape, ce qui fait gagner du temps. Dans une simulation de référence de flux de conduite de gaz-liquide, la configuration s'est avérée 25 % plus rapide et a éliminé le besoin d'accéder à 17 emplacements logiciels dispersés.

Le modèle AIAD de Fluent simule avec précision des transitions de régime complexes et multiphasiques

Les transitions entre les flux stratifiés continus et les flux dispersés sont généralement difficiles à modéliser. Elles apparaissent fréquemment dans les réacteurs nucléaires, les oléoducs et les gazoducs, les générateurs de vapeur, les équipements de réfrigération, les condenseurs de reflux, les colonnes garnies et les caloducs.

Le modèle de densité de domaine interfacial algébrique (AIAD) de Fluent prend en compte les différences de traînée et de domaine interfacial le long de l'interface, en fonction de la morphologie du flux. Une troisième phase peut être ajoutée pour capturer un mécanisme de transfert de masse, pour permettre la rupture de la phase continue en une phase dispersée (via l'entraînement), et la phase dispersée en une phase fluide continue (via l'absorption), pour une meilleure précision.

Lorsqu'il est combiné avec un modèle d'équilibre de population, le modèle AIAD fournit des distributions détaillées de la taille des bulles ou gouttelettes. Cette combinaison est bien adaptée aux applications critiques pour la sécurité, notamment les cas de perte de liquide de refroidissement dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression. Le modèle Fluent prend en compte la turbulence à l'échelle du sous-réseau associée aux instabilités interfaciales à la surface libre, pour prédire avec plus de précision la limitation du flux à contre-courant ou les inondations, ce qui empêche un refroidissement efficace.

Pourquoi les conteneurs peu profonds ballottent

Afin d’éviter d’importantes instabilités de charge, les ingénieurs font souvent face à des critères rigoureux de conception pour contrôler le ballottement du liquide dans les conteneurs en déplacement, par exemple les camions-citernes ou les fusées. Dans ces applications, les ingénieurs introduisent souvent des déflecteurs internes ou des structures similaires pour éviter que le liquide ne s’écoule. La conception de port ou l’étude d’ondes de tsunami constitue une autre application impliquant le ballotement de liquide. Dans tous ces cas, la simulation joue un rôle capital dans l’anticipation du ballottement et l’évaluation des méthodes permettant de résoudre le problème.


Alex nous assiste dans la démonstration du ballottement. L’analyse indique que le premier mode de ballottement est de 1,6 Hz,
la fréquence à laquelle le récipient est exposé à une résonance et son contenu se renverse.

Exemple de ballottement : une gamelle de chien remplie d’eau que l’on transporte, où le liquide a tendance à osciller latéralement et souvent couler. Une simulation mutiphasique de cet écoulement en surface libre, indique que ce comportement se produit car le premier mode de ballottement de la gamelle est à peu près de 2 Hz, la fréquence type de pas d’un homme, qui suscite cette résonance indésirable. En répétant l’analyse pour un verre d’eau, on s’aperçoit que le premier mode de ballottement est de 4 Hz, ce qui explique pourquoi les verres d’eau ont bien moins tendance à osciller que les gamelles. Au cours de ces simulations, les parois structurelles sont supposées être rigides. Les ingénieurs peuvent également étudier le ballottement dans les récipients souples, par exemple les structures de confinement de réacteur en utilisant les fonctionnalités d’interaction fluide/structure (lien vers la page Application FSI) dans le logiciel ANSYS.
Par Marold Moosrainer, CADFEM

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