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Si, lo so, il titolo ha subito richiamato la tua attenzione. Di fatto ciascuno di noi ha la necessità di velocizzare le fasi di sviluppo prodotto, tra cui anche quelle di testing digitale (simulazioni).

 

In Flow Simulation, quando abbiamo a che fare con analisi termiche o la propagazione di più fluidi con caratteristiche termodinamiche differenti da risolvere in maniera stazionaria, ovvero ricercare la soluzione all’equilibrio, non dobbiamo sottovalutare l’utilizzo della funzione “Flow Freezing”.

 

Per ridurre il tempo di calcolo, l’approccio consiste nel “congelare/bloccare” la risoluzione dei termini di trasporto per convezione (massa, momento ed energia), e usare i loro risultati per continuare il calcolo dei soli termini di diffusione per conduzione (massa, momento ed energia).

Questo significa che la funzione “Flow Freezing” blocca il calcolo del campo di pressione e velocità nel dominio considerandoli costanti, di fatto limitando il processo di trasporto del calore per convezione, mentre continua a risolvere quello della temperatura.

Essendo i termini per convezione più veloci ad andare a convergenza, con l’approccio Flow Freezing si dà la precedenza di calcolo ai termini più lenti, ovvero quelli di conduzione, velocizzando di fatto il calcolo a scapito di un piccolo errore.

 

 

Dove trovi l’opzione Flow Freezing?

L’opzione può essere attivata dal pannello delle “opzioni di calcolo” di Flow, sotto la scheda “Solving”.

 

 

 

 

 

Il Flow Freezing può essere attivato in 2 modalità:

 

 

Periodico

Consente di specificare il punto di avvio (per numero di iterazioni o travel) per alternare periodi di congelamento e periodi di non congelamento dei termini a risoluzione veloce.

Il risolutore alternerà questi passaggi temporali fino al termine del calcolo.

 

 

 

 

La modalità Periodico è quella da preferire con le sue opzioni di default, in quanto la maggior parte dei problemi hanno un campo di velocità e temperatura che evolve continuamente.

Con questa modalità viene eseguito il calcolo del campo di velocità per un certo numero di iterazioni per poi bloccarlo e lasciarlo costante, mentre la temperatura è calcolata in ogni iterazione. Questo processo viene ripetuto n° volte sino alla soluzione, per questo prende il nome di periodico.

 

 

 

 

Permanente

Consente di specificare il punto di avvio per bloccare il calcolo del campo di flusso. A partire da questo momento, i parametri di flusso rimarranno invariati, ad eccezione delle temperature del fluido e del solido e delle concentrazioni di sostanze fluide (nel caso di 2 o più fluidi).

Questo significa che bisogna prestare molta attenzione all’utilizzo di questa modalità, perché se all’attivazione non si è ancora definito l’equilibrio del campo di velocità del flusso, inevitabilmente i risultati saranno affetti da errore.

 

Infatti, questa opzione viene utilizzata in 2 modi:

  • Attivata manualmente durante il calcolo, non appena il goal di velocità globale del flusso arriva a convergenza, per poi proseguire il calcolo dei goal di temperatura di interesse sino al termine dell’analisi.
  • Suddividere la soluzione in 2 analisi distinte. Nella prima viene calcolato e sviluppato il campo di flusso, senza attivare l’opzione del calcolo della temperatura per conduzione nei solidi. Nella seconda analisi viene attivato il Flow Freezing permanente e la conduzione termica nei solidi, oltre a definire materiali e sorgenti termiche, richiamando come condizione iniziale il campo di flusso calcolato nella precedente analisi.

 

 

 

 

 

Caso studio in cui conviene impiegare il Flow Freezing

Voglio dimostrati i vantaggi del Flow Freezing nel trovare la soluzione al problema dello scambiatore di calore “B3” presente nei tutorial di Flow Simulation, a cui ti rimando per approfondimenti.

 

 

 

 

 

 

Queste le impostazioni dello studio:

 

 

 

Le impostazioni di Flow Freezing:

 

 

 

 

Risultati

 

 

 

 

 

A fronte di un errore nel calcolo della temperatura del tubo aria di circa il 2%, si è ottenuta una riduzione del tempo di calcolo del 28%, assolutamente non trascurabile.

Lascio a voi ipotizzare il risparmio di tempo in tutte quelle analisi con milioni di celle e come questa tecnica possa venirvi in aiuto soprattutto nelle fasi iniziali di analisi, dove l’accuratezza del dato passa in secondo piano a favore del risultato qualitativo.

 

 

 

 

 

Caso studio in cui non conviene impiegare il Flow Freezing

Questa volta voglio dimostrarti lo svantaggio che potresti avere nell’impiegare il Flow Freezing per trovare la soluzione al problema del dissipatore di calore “C6” presente nei tutorial di Flow Simulation, a cui ti rimando per approfondimenti.

 

 

Queste le impostazioni dello studio:

 

 

 

Le impostazioni di Flow Freezing:

 

 

 

 

Risultati

 

 

 

 

 

 

 

Per quanto l’errore nel calcolo della temperatura della CPU sia contenuto, questa volta l’utilizzo del Flow Freezing ci porta ad avere un tempo di calcolo maggiorato del 16%!

Questo è dovuto alla presenza della Rotating region per simulare la presenza della ventola, quindi ci troviamo a risolvere un problema termico con convezione forzata. Quando ci sono Rotating region, data la complessità di calcolo e il tempo necessario a sviluppare completamente il flusso, non è conveniente impiegare il Flow Freezing.

 

 

 

 

Raccomandazioni

  • La modalità da preferire è quella Periodica con le impostazioni di default.
  • Quando inizierai ad utilizzare questa funzione, se ti è possibile esegui anche la soluzione diretta e compara i risultati di interesse con il numero di Travel eseguiti sino al termine dell’analisi. Se non ti convincono i risultati, nell’analisi con Flow Freezing forza il numero di Travel affinché sia almeno 2 volte quello della soluzione diretta.
  • Per problemi dove ritieni ci voglia più tempo per sviluppare il flusso, imposta il numero di travel a 0,5 come avvio del Flow Freezing.
  • Per ottenere un risultato di temperatura accurato, il numero di iterazioni che governano la fase di Freezing da quella di Non Freezing, quindi ogni ciclo, dovrebbe corrispondere a circa l’1-2% dell’aumento di temperatura totale alla fine del calcolo.

 

 

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#SolidWorks #FlowSimulation

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