La simulation de l'effet de la rupture d'un barrage sur une topographie d'extension réelle était, jusqu'à il y a quelques années, un objectif très difficile à atteindre en raison du coût élevé du calcul. Une caractéristique innovante de FLOW-3D®, disponible depuis la version 11.0, permet d'utiliser une approche hybride, combinant une simulation 3D complète dans la zone du barrage, où les effets tridimensionnels du débit d'eau sont les plus importants, à une approche " eau bas " dans des zones plus éloignées. Cela permet d'obtenir une solution pour simuler rapidement et précisément ce type de problèmes. De plus, à partir de la version v11.1 de FLOW-3D®, vous pouvez facilement importer le fichier raster contenant la topographie en un seul clic, ce qui rend la phase de setup très simple. https://www.youtube.com/watch?v=Q7x55ohyDxA Video 1 : Overall view Dans la simulation, on a utilisé une topographie réelle d'un lac avec des montagnes : l'extension du domaine de calcul est d'environ 5'000 km2 et un hypothétique grand barrage a été créé dans la topographie. En utilisant tous les modèles physiques décrits ci-dessus et le modèle " General moving objects " pour simuler avec précision la rupture du barrage en 3D, il a été possible de prédire l'effet de la rupture, la zone affectée et la zone immergée dans la topographie. La simulation dure plus de 35 minutes en temps réel, simulant de façon transitoire l'impact de l'eau sur la topographie jusqu'à ce que le bassin soit complètement vidé. L'écoulement à travers le barrage est un résultat intéressant de la simulation. L'ensemble du post-traitement a été réalisé grâce aux nombreuses fonctionnalités du logiciel dédié FlowSight, notamment : caméra mobile, différentes couleurs réalistes pour la topographie et l'eau, réglage fin des transparences et des reflets lumineux pour rendre la visualisation aussi réaliste que possible, utilisation de textures pour représenter la surface du barrage, caméra mobile pour suivre la trajectoire du fluide, plusieurs graphiques et fenêtres pour montrer en une seule vue tous les aspects essentiels de la simulation. https://www.youtube.com/watch?v=xsKx4L9QThI Video 2 : flow depth La vidéo 1 présente une vue d'ensemble de l'écoulement de l'eau avec des couleurs réalistes. La vidéo 2, en revanche, est une analyse plus " scientifique " : l'eau est colorée avec la profondeur du fluide, en utilisant une échelle de 20 couleurs pour mettre en évidence la différence de profondeur même sur de petites parties de l'échelle, et le sol est coloré avec la hauteur. Enfin, un graphique du débit à travers un diaphragme positionné sur la paroi du barrage est présenté. Une série de rendus réalistes sont sauvegardés dans les images, dont certains ont évolué avec le temps. … [Read more...]
Optimisation de la forme d’une toilette
La conception d'articles sanitaires ne suit pas seulement des critères esthétiques, mais doit également être soumise à une réglementation stricte qui en régit le bon fonctionnement. Parmi ceux-ci, un appareil sanitaire doit garantir un bon et efficace nettoyage des surfaces internes, en s'assurant que lors de l'évacuation de l'eau, la majeure partie de la saleté est correctement éliminée. Cette étude a pour but d'analyser les formes alternatives possibles pour l'entrée de l'eau et la toilette lui-même, qui maximisent la surface de l'intérieur de l'appareil sanitaire mouillé par l'eau. Les variables impliquées sont potentiellement multiples et interconnectées : l'exploration manuelle de toutes les valeurs possibles peut être un travail très long et complexe, ainsi que la compréhension des effets sur l'objectif fixé. Pour cette raison, nous avons choisi d'utiliser un logiciel d'optimisation qui répond à ce besoin : l'interfaçage avec les logiciels les plus disparates vous permet d'automatiser le travail, d'analyser l'influence de multiples paramètres et de comprendre le lien entre eux et la performance que vous souhaitez améliorer. Le logiciel choisi est IMPROVEit, qui grâce à son interface simple vous permet d'effectuer facilement à la fois la phase d'installation et le traitement des résultats. https://www.youtube.com/watch?v=7KoQHw1VQfk&feature=youtu.be Le logiciel est capable de modifier en interne la forme des géométries STL sur la base de paramètres définis par l'utilisateur, de lancer des simulations dynamiques de fluides en interface avec le logiciel CFD FLOW-3D® en utilisant les géométries modifiées, d'extraire les résultats du logiciel et de les traiter avec les nœuds mathématiques appropriés ou en invoquant Excel pour obtenir la quantité à optimiser. FLOW-3D® a été choisi pour ses excellentes capacités de vitesse et de précision dans le calcul des débits transitoires et en zone libre. Trois paramètres géométriques ont été choisis pour varier, afin de ne pas trop compliquer le problème : la direction de l'entrée, la section de sortie de l'entrée et la pente de la partie avant du sanitaire, jouant avec la courbure présente ici. L'optimisation peut certainement être compliquée avec plus de temps disponible. L'objectif est de maximiser la surface mouillée de l'intérieur de l'appareil sanitaire, calculée comme l'intégrale de la surface couverte par le liquide pendant tout le temps de décharge divisé par le temps de décharge lui-même. En outre, il a été imposé la contrainte que l'eau ne doit pas s'échapper de la partie supérieure des sanitaires, même en petites quantités, pour éliminer les solutions qui, en lavant la surface, provoquent des éclaboussures indésirables. La simulation de la dynamique des fluides a été mise en place en initialisant l'eau dans le réservoir en amont du sanitaire et en définissant comme conditions limites la sortie du tuyau d'échappement et la pression atmosphérique de l'air. Ainsi, le flux d'eau peut entrer librement et naturellement dans les sanitaires. La simulation s'arrête lorsque le bac est complètement vide. IMPROVEit a l'avantage de ne pas nécessiter de connaissances dans le domaine de l'optimisation pour être utilisé, car il est capable de choisir indépendamment la meilleure stratégie pour atteindre l'objectif. Il vous suffit de définir un budget, c'est-à-dire le temps que vous souhaitez consacrer à l'optimisation, car la stratégie que vous choisissez est de nature à rechercher les solutions optimales vers la fin de cette période. Comme chaque cycle de calcul (variation géométrique, simulation de la dynamique des fluides et traitement des résultats) dure environ 40 minutes, un budget de 25 cycles a été choisi, de manière à obtenir le résultat en un peu plus d'une journée. Considérant qu'il y a 3 variables en jeu et que le problème est de nature complexe, il peut être considéré comme un cas plutôt difficile pour le logiciel d'optimisation. Néanmoins, IMPROVEit a déjà été en mesure d'offrir des solutions qui augmentent la surface de la toilette mouillée par l'eau jusqu'à 35%. De plus, en analysant le panorama des solutions trouvées, il est possible de mieux comprendre l'influence des différents facteurs. En fait, on peut voir que les diamètres de sortie plus larges sont les meilleures parce qu'ils permettent une fuite de masse plus importante dans l'unité de temps, malgré une réduction de l'étranglement qui conduit à des vitesses plus élevées. La direction de l'entrée qui donne les meilleurs résultats, en outre, est alignée sur le plan horizontal, tandis que la forme des sanitaires a des effets plus variés, sans mettre en évidence une tendance aussi claire. … [Read more...]
Simulation d’une turbine Pelton – du transitoire de démarrage à l’état du régime
Les turbines Pelton (ou roue Pelton) sont les turbines les plus utilisées dans le monde pour la production d'électricité dans les centrales hydroélectriques, en raison de leur haut rendement. Son design date de 1870 mais, avec quelques modifications, il reste le premier choix des nouvelles centrales électriques. Dans une turbine Pelton, l'énergie est extraite de l'énergie cinétique de l'eau, contrairement à d'autres types de turbines où la pression hydrostatique est utilisée : l'eau, provenant d'un bassin supérieur, est accélérée et éjectée contre les aubes de la roue Pelton. La géométrie de la palette est conçue pour absorber autant que possible l'énergie cinétique du fluide et commencer à tourner. La vitesse de rotation de la turbine est ensuite convertie en énergie électrique par une bobine conductrice. La simulation analyse le transitoire initial de la turbine, où l'eau à plus de 100 m/s impacte la pale de la roue Pelton fournissant couple et accélération angulaire. https://www.youtube.com/watch?v=lb2xEbHmWKw Toutes les géométries et les données utilisées dans la simulation sont réalistes et cohérentes avec le phénomène réel : la géométrie de la roue a une forme et des propriétés de masse réelles, le fluide est l'eau avec une vitesse raisonnable et la buse contient une valve doble, utilisée dans les turbines réelles pour ajuster le débit d'eau. Intéressant est le graphique de la vitesse angulaire de la roue. Pour les turbines Pelton, on sait que le rendement maximal est atteint lorsque la vitesse périphérique de la roue atteint environ la moitié de la vitesse de l'eau à la buse. Pour ce faire, une sonde a été placée au centre de la buse afin de surveiller la vitesse du fluide, tandis qu'une autre sonde a été fixée à une pale de roue afin de capter la vitesse périphérique. Les deux grandeurs peuvent être affichées directement en sortie de la simulation. Les vidéos utilisent largement les fonctionnalités de Flowsight : transparence basée sur la valeur des variables, caméra mobile, réglage fin de la lumière et des reflets, visualisation multi-tracés et multi-vues. https://youtu.be/TddbeL1lK9I … [Read more...]
Sleeve filling and slow shot phase analysis with FLOW-3D Cast
High pressure Die Casting is a complex field of foundry. The liquid hot metal is generally poured into a shot sleeve for few seconds, until the desired volume is reached. Then, after a short waiting time, the plunger pushes the metal into the die cavity. First a slow shot phase is performed to avoid air entrainment in the sleeve, then a final high speed phase that fill the casting part in a very short amount of time. One of the targets of any producer is to find the best compromise between a fast process, to increase the productivity and to reduce the heat losses, and a slow filing and shot necessary to minimize the air entrainment. FLOW-3D Cast, due to its capabilities, is one of the best software to analyse this process. It can combine easily moving objects, mass sources, heat transfer and solidification, everything in fast and accurate simulations. Several studies were already done to determine the best plunger velocity curve, also coupling FLOW-3D Cast to numerical optimization software. The aim of the present simulation, instead, is to focus on the sleeve filling, underlining the possibility to control also this phase and the defects that could arise from a not-optimal solution. https://www.youtube.com/watch?v=cGQUmH8EHZ0 In the video both fluid and walls are coloured by temperature, with two different colour scales. The heat transfer coefficients have been artificially increased to emphasize the temperature change. Thanks to this fact, it is possible to notice that some drops of metal flow on the beginning of the runner system, solidifying and influencing the casting phase until they are melted again. It is possible also to notice the big waves generated when the filling is finished, and how this waves contribute to entrain some big air bubbles that are pushed into the casting part, generating defects. … [Read more...]
Investigation of Mould Leakages in a Gravity Casting
This article was contributed by Gabriele Taricco of CM Taricco and Stefano Mascetti of XC Engineering. Mould design is a very complex undertaking that must consider not only fluid dynamics and metal solidification patterns, but problems that may arise from the mould itself and how it reacts to stresses from heat transfer. CM Taricco, a mould maker company based in Italy, recently encountered a problem of metal leakages at the bottom of one of their new moulds. The cause of the mould leakages was initially obscure and only appeared after a few process cycles. It was evident that the problem was critical, since it would compromise the production timeline and dramatically increase the costs to cast the part. Investigation of an idea The process itself was a gravity casting, with well-controlled pouring dynamics and overflow designs, so the problem could not come from the fluid dynamics part. The hypothesis of Gabriele Taricco (owner of CM Taricco) was that the metal leakages were resulting from a bad design of the thermal dissipation of the mould, causing a non-uniform distribution of temperature and hence large and unwanted deformations at the bottom of the mould, that were enforced cycle after cycle up to the opening of a critical area where metal could flows out. To verify this and to find a quick solution to the problem, a FLOW-3D simulation was run to exactly visualize what was happening to the mould as it was being heated. The analysis After a filling simulation, to ensure a good filling pattern, the focus of the simulation was redirected to a thermal die cycling analysis. The setup in this case is fast and straightforward requiring only 1 hour to reproduce 10 production cycles on a common desktop machine (i7 5930K, commercial value 1500 dollars). The result confirmed CM’s initial hypothesis: by looking at the temperature field, from various points of view and cross sections in a single image using FlowSight, it was clear that the temperature distribution of the mould would easily cause the expected deformations and metal leakages. Simulation of the mould’s temperature during the die cyclings Further analysis with the Fluid-Structure Interaction module Once the problem was identified and the technical staff could start designing an improved mould, CM Taricco wanted to have a final confirmation running a FEM analysis of stresses and deformations on the die. To perform this analysis, XC Engineering Srl helped CM in setting up and performing the calculation. The result of the analysis showed exactly what CM thought was happening: FLOW-3D was able to reproduce with extreme accuracy the same location and size of the real deformations found on the mould after few pouring cycles. This was good news for CM, and enforces an additional recommendation to use the FSI module at the design stage to predict the real die deformations based on the real casting conditions. Deformation of the mould during the die cyclings, simulated using the Fluid Structure Interaction model. Deformations are amplified x20. Read more... … [Read more...]
