A importância do uso da Fluidodinâmica Computacional (CFD)

Fluidodinâmica Computacional (CFD)

Em nossa vida, fluidos estão em todos os lugares, ao nosso redor e inclusive dentro de nós. Desde o ar que respiramos até o fluxo sanguíneo que corre em nossas veias, até em equipamentos industriais e motores de combustão fluidos estão presentes e interagindo com o meio, seja uma tubulação ou construções como prédios e pontes.

O desenvolvimento de produtos envolve uma série de considerações em relação ao design que o mercado exige, inovações tecnológicas e viabilização de manufatura, entre outros aspectos que compõe o PLM (Product Lifecycle Management).
Outro fator importante é a análise de performance e durabilidade dos produtos, onde é necessário o estudo do comportamento físico dos fenômenos envolvidos durante a utilização do produto. A dinâmica dos fluidos está presente em diversas aplicações na engenharia e em nosso cotidiano, alguns exemplos: projeto de máquinas de fluxo, refrigeração de equipamentos, escoamento de fluidos em tubulações e aerofólios, entre outros.
Um exemplo prático da importância da simulação da dinâmica dos fluidos é quando analisamos o arrasto aerodinâmico.
Tal fenômeno é causado pelo movimento de corpos em contato com o ar, ou seja, automóveis e aeronaves em movimento.
O arrasto é responsável por uma grande perda de potência, é necessário consumir energia apenas para “vencer” a resistência do ar.
Ao longo das décadas, os engenheiros trabalham para reduzir a energia consumida pela resistência do ar, geometrias e materiais são desenvolvidos para que essa interação entre fluido e estrutura seja otimizada, melhorando a eficiência energética do produto.
Em uma análise de CFD (Computer Fluid Dynamics), diversos parâmetros podem ser analisados referente ao fenômeno estudado, por exemplo: Temperatura, pressão, linhas de corrente do fluido, tensões fluidodinâmicas, velocidade, entre outros.
E para entendermos melhor como tantos fenômenos podem ser estimados, devemos entender o que há por trás de um software de simulação.
A teoria da mecânica dos fluidos envolve equações que são impossíveis de serem resolvidas analíticamente (Navier-Stokes e da Teoria do Transporte de Reynolds), sendo assim ao longo das décadas métodos numéricos computacionais foram desenvolvidos para conseguir estimar os valores numéricos das variáveis de interesse do fenômeno em questão.
O método mais utilizado na maiorias dos solvers de CFD é o método dos volumes finitos, no qual é destacado as principais etapas para a resolução do problema:

• Definição dos objetivos da análise (perfil de velocidades, pressão, etc).
• Identificação do domínio fluido: etapa que será realizada a discretização do volume a ser ocupado pelo fluido (malha do volume de controle).
• Definir propriedades físicas do fluido (coeficientes de troca de calor, viscosidade, etc).
• Configurar métodos de solução (turbulência, multifásico, etc)
• Definir condições de contorno do fenômeno (pré – definição do valor de um parâmetro em determinada região).
• Análise dos resultados.

Outro fator importante que rege todas as análises computacionais, fluidodinâmica, estrutural, magnetismo etc, é buscando a redução no tempo de desenvolvimento dos projetos e também o custo com testes e protótipos em laboratórios, além de nortear os projetistas com as melhores soluções e descartando soluções que não trariam o melhor desempenho. Embora a simulação jamais irá substituir ou isentar os testes físicos, ela proporciona um grande impacto positivo no desenvolvimento dos produtos.
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Fonte: LWT SISTEMAS