January 19

[2019] Tutorial de SolidWorks Flow Simulation y descarga de complementos EXPLICADO

[2019] Tutorial de SolidWorks Flow Simulation y descarga de complementos EXPLICADO

Matthew Scyoc

[2019] Tutorial de SolidWorks Flow Simulation y descarga de complementos EXPLICADO

solidworks flow simulation

¿Qué es la simulación de flujo de SOLIDWORKS?

SolidWorks Flow Simulation es una solución de dinámica de fluidos computacional (CFD) integrada en el ecosistema de SolidWorks. La simulación de flujo de SolidWorks se compra como un paquete separado de la Licencia básica de SolidWorks. Es un sistema poderoso que puede simular el comportamiento de diferentes fluidos con una variedad de variables diferentes que incluyen temperatura, turbulencia, presión, velocidad de flujo y muchas otras.

Tabla de contenido

Dinámica de fluidos computacional en el ecosistema de SOLIDWORKS

SolidWorks es uno de los paquetes CAD más populares en la industria hoy en día. A medida que ha ganado popularidad, SolidWorks se ha convertido no solo en un paquete CAD completo, sino también en un impresionante conjunto de simulación. Uno de estos programas de simulación es SolidWorks Flow Simulation. SolidWorks Flow Simulation realiza lo que se conoce como cálculos de dinámica de fluidos computacional (CFD). Simplificado, esto significa que calcula el comportamiento del fluido en condiciones específicas. Hoy, veremos algunos de los conceptos básicos de SolidWorks Flow Simulation, que incluyen cómo acceder a la simulación de flujo, los conceptos básicos del asistente de simulación de flujo y ejecutar una simulación simple.

Introducción a la simulación de flujo

Como mencionamos anteriormente, la simulación de flujo de SolidWorks es una solución CFD que se integra perfectamente en la interfaz de usuario de SolidWorks. Para aquellos que deseen utilizar este software, el acceso está disponible como un paquete separado de la licencia básica de SolidWorks y debe comprarse por separado. Esto a menudo viene con un precio bastante alto, por lo que saber de antemano que puede beneficiarse del uso de este software es fundamental para decidir si debe comprarlo. Hasta ese punto, si bien la simulación de flujo es bastante fácil de usar, cualquier solución CFD solo puede ser utilizada completamente por alguien con un sólido conocimiento de los principios dinámicos de fluidos. Si bien la mayoría de las personas puede configurar una simulación con la orientación correcta, garantizar que los resultados sean válidos y poder interpretar esos resultados requiere una cierta cantidad de conocimiento en el tema. Adicionalmente, Comprender las capacidades del software y garantizar que sea una buena opción para obtener los resultados que necesita también es importante al determinar si vale la pena el costo. Si aún cree que SolidWorks Flow Simulation puede ser adecuado para usted, avancemos y echemos un vistazo a los conceptos básicos de cómo funciona y de lo que es capaz.

Conceptos básicos de la simulación de flujo

Al considerar los conceptos básicos y las capacidades de la simulación de flujo, un buen lugar para comenzar es siempre la literatura que proporciona SolidWorks (proporcionamos algunos enlaces al final del artículo). No nos tomaremos el tiempo para repetir todo eso aquí, en lugar de eso, echemos un vistazo a las capacidades trabajando rápidamente a través del Asistente de simulación de flujo. Para acceder a la simulación de flujo, primero vaya a “Complementos” y asegúrese de que la casilla de verificación de simulación de flujo para “Complementos activos esté seleccionada”.

Una vez que el complemento está activo, puede activar un nuevo proyecto dirigiéndose a Herramientas> Simulación de flujo> Proyecto. Desde allí, puede ver que tiene la opción “Nuevo”, así como la opción “Asistente”.

Para los fines de este artículo, seleccionaremos la opción “Asistente”. Comenzar un proyecto “Nuevo” desde cero está orientado a proyectos avanzados, y a usuarios que ya conocen bien el uso de la simulación de flujo de SolidWorks. Cuando selecciona el asistente de proyecto, se observa el siguiente menú.

El asistente comienza con el cuadro de diálogo “Nombre del proyecto”. Aquí podemos nombrar el proyecto, agregar cualquier comentario relevante y seleccionar la configuración que pretendemos usar. Si hacemos clic en las flechas en el lado derecho de la ventana, también podemos ver todos los pasos que el asistente nos guiará. Esto también nos permite saltar de un lado a otro entre los pasos si es necesario.

Llamaremos a nuestro nuevo proyecto “Proyecto de U-Bend”. Al hacer clic en Siguiente, se accede al cuadro de diálogo “Sistema de unidades”. Desde aquí podemos seleccionar un sistema de unidades predefinido, definir nuestro propio sistema de unidades y ver todas las unidades y niveles de precisión definidos para cualquiera de los parámetros que puedan estar involucrados en el proyecto.

Esta lista es bastante larga e incluye unidades que muchas personas no familiarizadas con la mecánica de fluidos no habrían encontrado antes. Puede comenzar a ver por qué es necesario tener experiencia en ciencias fluidas para aprovechar al máximo este poderoso software. Para este ejemplo usaremos unidades SI. Nuestro siguiente conjunto de opciones viene en forma de la ventana de diálogo “Tipo de análisis”.

Aquí tenemos algunas opciones que una vez más requieren un fondo de fluidos para comprender completamente. Dado que el propósito de este artículo es principalmente introductorio, no describiremos todas las opciones disponibles aquí, pero brindaremos una breve descripción de las opciones que observan más arriba. El tipo de análisis ofrece una opción entre flujos internos y externos. Como era de esperar, el flujo interno describe el flujo en un volumen cerrado, y el flujo externo describe el flujo sobre objetos en un espacio abierto. Las opciones para “Considerar cavidades cerradas” proporcionan opciones para excluir ciertas áreas para reducir el tiempo de cálculo. Las opciones de “características físicas” le permiten modificar el proyecto para incluir las opciones enumeradas. Algunas de estas opciones tienen otros parámetros cuando las selecciona, algunas solo pueden estar activas si otras no lo están, y otras requieren que otras opciones estén activas para ser seleccionadas. El asistente le informará sobre estas limitaciones a medida que realice las selecciones, pero es necesario comprender qué hacen estas opciones para implementarlas correctamente. Para este proyecto, seleccionaremos el flujo interno y no utilizaremos ninguna de las opciones de “Características físicas”, solo sabemos que son opciones para estudios dentro del espacio de trabajo de simulación de flujo. La siguiente ventana de diálogo está etiquetada como “Fluidos”. Esta ventana nos permite seleccionar qué fluidos estarán presentes en el estudio, así como cuáles serán las condiciones de flujo.

Podemos ver en el cuadro de diálogo anterior, que tenemos una serie de opciones para el fluido que incluyen líquidos y gases. Si lo elegimos, también podemos definir un fluido personalizado seleccionando el botón “Nuevo” en la esquina superior derecha de esta ventana de diálogo. También podemos seleccionar nuestra característica de flujo para que sea laminar, turbulenta o una combinación de ambas. Una vez que haya agregado un líquido, otras opciones pueden estar disponibles como se muestra a continuación.

Puede agregar múltiples fluidos al proyecto si lo desea, y su lista de fluidos seleccionados le permitirá seleccionar cuál tratar como predeterminado. Para este ejemplo, seleccionaremos “Agua (líquidos)” con el “Tipo de flujo” establecido en “Laminar y turbulento” y “Flujo de alto número de Mach” seleccionado. Pasando a nuestro próximo conjunto de opciones, vemos las condiciones de la pared.

Como puede ver, aquí solo hay dos opciones predeterminadas. La primera es la “Condición térmica de la pared predeterminada”. No pasaremos tanto tiempo con esta opción, ya que requiere un cierto conocimiento de la termodinámica para comprenderla adecuadamente y, si tiene este conocimiento, las opciones se explican por sí mismas. Dicho esto, trataremos de dar una breve explicación que se pueda entender fácilmente, ya que debe elegir una opción. La primera opción es la “pared adiabática”, que puede considerarse perfectamente aislante. Las siguientes dos opciones son “Flujo de calor” y “Velocidad de transferencia de calor”, y son dos formas diferentes de describir con qué facilidad la pared transfiere calor. Finalmente, tenemos “Temperatura de pared” que mantiene la pared a una temperatura constante durante toda la simulación. La única otra opción aquí es “Rugosidad”, que cambia la forma en que el solucionador percibirá el acabado de la superficie de la pared. Dejaremos estas opciones en su configuración predeterminada. La categoría final se denomina “Condiciones iniciales”. Las opciones que se encuentran aquí dictarán las condiciones de inicio del fluido en su simulación.

Comenzando en la parte superior, la “Definición de parámetro” generalmente debe dejarse como “Definida por el usuario”, pero a medida que adquiera experiencia, también puede importar las condiciones iniciales de los archivos de resultados de otra simulación. Los “Parámetros termodinámicos” nos permiten elegir entre ajustar la presión y la temperatura, la presión y la densidad, o la temperatura y la densidad. Para nuestros “Parámetros de velocidad, podemos elegir la velocidad o el número de máquina. Independientemente de nuestra elección, esto se establecerá como un vector en “X”, “Y” y “Z”. Finalmente, podemos establecer la turbulencia en intensidad y longitud o por energía y disipación. Estos campos están configurados en condiciones estándar de temperatura y presión por defecto y eso es lo que usaremos para nuestro ejemplo.

Una vez que hayamos terminado de usar el asistente, así es como se ve nuestro ejemplo. El asistente de flujo crea automáticamente un cuadro que define nuestro dominio computacional. Tenga en cuenta que con un proyecto de flujo interno, debe haber un volumen cerrado. Las entradas y salidas deben estar cubiertas con cuerpos separados llamados tapas. Para mayor claridad, tendemos a usar el color para definir las tapas, usando rojo transparente para las entradas y verde transparente para las salidas. Si no tiene tapas, recibirá una advertencia al finalizar el asistente y se le pedirá que use una herramienta que ayude a crear tapas automáticamente. Lo último que cubrirá esta introducción son las condiciones de contorno y los objetivos. Para definir una condición límite, ocultamos el cuerpo principal para que podamos seleccionar las caras internas de nuestras tapas como se muestra a continuación.

Hay más opciones que las que son beneficiosas para explicar aquí, solo sepa que esto puede establecer las condiciones más allá de nuestros párpados. En este caso, configuramos nuestra entrada para impulsar nuestro fluido predeterminado a un flujo de volumen de entrada constante de .8 m ^ 3 / s. De manera similar, la salida se establecerá pero a una constante, pero en lugar de a una velocidad, declaramos que la abertura está a presión atmosférica.

Finalmente debemos declarar una meta. Esto es simplemente un parámetro que estamos interesados en monitorear. Para este proyecto, seleccionaremos el mínimo y el máximo para “Velocity” y “Velocity X”.

Ahora estamos listos para ejecutar el estudio. Al hacer clic derecho en el título de nuestro proyecto, se nos presenta la opción de ejecución. Cuando seleccionamos ejecutar el estudio, la ventana del solucionador aparecerá automáticamente como se muestra a continuación.

Como puede ver, esta ventana nos advertirá mientras resuelve si hay algún problema con el proyecto. En este caso, tenemos una advertencia que indica que hay presión negativa. Para localizar esta sección del problema, podemos declarar un diagrama de corte.

Una vez que tengamos nuestra configuración donde la queremos, una vista en sección nos ayudará a ver los resultados.

Es plano ver con esta vista dónde está ocurriendo la presión negativa. Como puede ver, herramientas como esta podrían resultar invaluables para evaluar un nuevo diseño. En este caso, el volumen de flujo de entrada es mucho más alto de lo que normalmente se vería para este tipo y tamaño de U-bend, lo que probablemente sea la razón por la que tenemos el problema. Si restablecemos el flujo de entrada a algo más razonable, como .01 m ^ 3 / s, el problema desaparece y podemos continuar estudiando nuestros parámetros deseados.

Conclusiones

La simulación de flujo de Solidworks es una herramienta poderosa. Si bien requiere un conocimiento especializado en mecánica de fluidos y termodinámica, es de esperar que pueda ver que este software tiene poderosas habilidades para analizar un diseño. Cuando se utiliza correctamente, la simulación de flujo de SolidWorks puede identificar y ayudar a erradicar problemas incluso antes de que se haga el primer prototipo físico.

Enlaces de SolidWorks

Página web de simulación de flujo

Página de ayuda para la simulación de flujo

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About the Author

Matthew is owner of Sunglass.io. He employs a close-knit group of engineers to develop the technical content on the site, but is passionate about everything engineering. Matthew loves the future of 3D modeling and wants to push for more helpful, useful tools for the engineering community. Feel free to reach out to him directly on the Contact page or on LinkedIn!

Matthew Scyoc

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