Computational Fluid Dynamics (CFD)
La CFD est un ensemble de méthodes numériques utilisées pour simuler le comportement physique d’un ou plusieurs fluides. Elle permet de visualiser, d’anticiper et d’optimiser des phénomènes complexes invisibles à l’œil nu, avec une précision essentielle dans la conception et l’innovation industrielle.
Notre expertise à l’œuvre
La CFD constitue un pilier essentiel pour innover, optimiser et comprendre les écoulements complexes dans de nombreux domaines. Elle permet un accès à des données précieuses, constitue un soutien à l’innovation et permet la réduction des coûts. La CFD s’impose comme un atout indispensable pour la recherche et l’industrie.
Ecoulements permanents et transitoires
Externe ou interne
Approche RANS, DES ou LES
Multiphasique
Changement de phase
CFD : Simulation, Validation et Optimisation
La mécanique des fluides numérique (CFD) est un outil clé en recherche et en industrie. Elle permet de modéliser des écoulements complexes tout en réduisant coûts et délais de développement. Accédant à des données souvent inaccessibles par l’expérimentation, elle optimise les performances énergétiques et environnementales. Polyvalente, elle s’applique à des domaines variés, de l’aérodynamique à la médecine, et complète efficacement les essais physiques pour valider et affiner les modèles. La CFD est aujourd’hui un levier stratégique pour analyser, optimiser et résoudre des problèmes complexes.
La mise en œuvre d’une simulation CFD nécessite une expertise poussée à chaque étape :
Choix du maillage : type d’éléments, taille, qualité, influençant la robustesse du calcul.
Physique modélisée : conditions aux limites, modèles de turbulence adaptés au phénomène.
Solveur et réglages numériques : algorithmes, schémas de discrétisation…
Post-traitement : analyse des champs de température, vitesse, pertes de charge, etc.
Notre savoir-faire nous permet de travailler avec des géométries très complexes régulièrement rencontrées dans l’industrie
Grâce à notre expertise et à des outils de simulation avancés, nous sommes capables de traiter des géométries industrielles très complexes tout en garantissant une précision et une robustesse adaptées aux enjeux métiers. Nos ressources permettent de simuler aussi bien des phénomènes stationnaires que transitoires, sur des domaines de toute taille.
01
Plus de 1 Md de cellules pour les simulations en régime permanent
100
100 millions de cellules pour des calculs transitoires
250
Plusieurs centaines de domaines fluides ou solides
Recherche et développements en CFD
Au sein de G-MET Ingénierie, nous développons nos propres outils de calcul CFD à partir d’OpenFOAM. C’est une stratégie qui renforce notre expertise, nous permet de nous adapter aux problématiques uniques de nos clients et garantit une qualité scientifique rigoureuse.
Une expertise reconnue par nos clients
Des leaders de l’industrie aux startups innovantes, nos clients partagent des exigences communes : la fiabilité, la précision et l’expertise.
Fréderic. R
CEA
S’appuyant sur une assise scientifique solide et des méthodologies rigoureuses, l’équipe de G-MET réalise des simulations numériques pertinentes. Il est par ailleurs très agréable de travailler avec cette équipe, réactive et à l’écoute.
Des cas concrets pour des défis industriels variés
Qu’il s’agisse de composants mécaniques, d’équipements soumis à des contraintes extrêmes ou d’optimisation énergétique, chaque étude est conçue pour répondre à un besoin spécifique de performance, de sécurité ou d’innovation.
Accouplement flexible
Cette vidéo illustre un exemple d’application d’un écoulement
diphasique incompressible pour l’industrie et la recherche
nucléaire (ITER). L’objectif de cette simulation était de calculer le
transitoire de drainage d’eau d’un circuit de refroidissement.
Cette simulation est de grande envergure, la taille du maillage
étant d’environ 52 millions de cellules. La simulation est réalisée
avec un solveur diphasique interne développé par G-MET
Ingénierie. De plus, le stockage de données représentait plus de
40 To
Accouplement flexible
La simulation numérique des écoulements (CFD, pour Computational Fluid Dynamics) représente un outil précieux pour analyser et optimiser les écoulements générés par des mixeurs dans l’industrie chimique. Ces systèmes rotatifs, essentiels pour le brassage des cuves, créent des flux complexes et turbulents dont la compréhension détaillée est cruciale pour garantir une homogénéisation efficace des mélanges. La CFD permet de modéliser avec précision ces écoulements, en prenant en compte les interactions entre les pales du mixeur et le fluide, ainsi que les phénomènes de turbulence et de cisaillement. Grâce à ces simulations, il est possible d’évaluer l’efficacité du mélange, d’identifier les zones de stagnation ou de recirculation, et d’optimiser la conception des mixeurs pour améliorer leurs performances énergétiques et opérationnelles.
Simulation d'éoliennes
Les paliers font partie des composants mécaniques les plus répandus. Cependant, la cavitation est un phénomène physique complexe et peut constituer un problème majeur. En effet, en raison de la cavitation, une érosion de la surface peut se produire et dégrader le roulement, entraînant une défaillance potentielle.
La CFD permet d’apporter des connaissances sur la cause de la cavitation. De plus, l’étude de l’écoulement dans le roulement avec prise en compte du changement de phase peut être réalisée par simulation numérique avec prise en compte des effets 3D.
Etude thermomécanique d'une bougie d'allumage
Des essais sur hélice à l’échelle 1 peuvent être complexes. La CFD est un outil pertinent pour le calcul des caractéristiques des hélices en eau libre. En effet, le choix du bon design d’hélice est crucial car cela a un impact direct sur les performances propulsives du navire (ou de l’engin sous-marin). De plus, pour évaluer les courbes de performances, l’hélice est traditionnellement placée dans un réservoir à une vitesse de rotation fixée, puis différentes vitesses d’avance sont testées. Ainsi, le coefficient de poussée, le coefficient de couple et le rendement peuvent être déterminés à l’issu des calculs en eau libre. Ces courbes peuvent être directement utilisées pour effectuer des calculs d’autopropulsion en alimentant les modèles de disque hélice.
Accouplement flexible
Les chargements et impacts de vagues peuvent être évalués par CFD. De plus, les champs de pression calculés peuvent servir au mécanicien pour évaluer des efforts et effectuer du dimensionnement structurel.
Cet exemple, démonstratif, illustre un cas de vagues interagissant avec une structure offshore (jacket). Les vagues sont générées avec la bibliothèque standard OpenFOAM (stokes 5ème ordre). La simulation est exécutée avec le solveur marineFoam en utilisant le schéma BICS (Queuty et al). Les discontinuités de pression et de densité sont gérées grâce à la méthode Ghost Fluid.
Accouplement flexible
Les chargements et impacts de vagues peuvent être évalués par CFD. De plus, les champs de pression calculés peuvent servir au mécanicien pour évaluer des efforts et effectuer du dimensionnement structurel.
Cet exemple, démonstratif, illustre un cas de vagues interagissant avec une structure offshore (jacket). Les vagues sont générées avec la bibliothèque standard OpenFOAM (stokes 5ème ordre). La simulation est exécutée avec le solveur marineFoam en utilisant le schéma BICS (Queuty et al). Les discontinuités de pression et de densité sont gérées grâce à la méthode Ghost Fluid.
Simulation d'éoliennes
La CFD permet d’évaluer les phénomènes de vibrations induits par les tourbillons (VIV, pour Vortex-Induced Vibrations), qui se produisent lorsque des structures élancées, telles que des pipelines sous-marins ou des faisceaux de tubes, sont soumises à des écoulements fluides. Ces vibrations, causées par le détachement périodique de tourbillons, peuvent entraîner des contraintes mécaniques importantes, pouvant mener à des défaillances structurelles (fatigue). La CFD permet de modéliser les interactions entre le fluide et la structure, en capturant les détails des tourbillons et les forces fluctuantes qu’ils génèrent. Grâce à ces simulations, il est possible de prédire les fréquences et amplitudes des vibrations, d’identifier les conditions critiques d’écoulement, et de concevoir des solutions d’atténuation, telles que des dispositifs de suppression de tourbillons ou des modifications de la géométrie de la structure.
Etude thermomécanique d'une bougie d'allumage
La mécanique des fluides numériques (CFD) est aujourd’hui largement utilisée pour la conception et l’optimisation des éoliennes. La CFD est un outil efficace pour optimiser et aider l’ingénieur dans toutes les phases du développement d’un produit. Par exemple, différentes formes ou conceptions de pales peuvent être testées et comparées en termes de performances cp (lambda). Ensuite, la CFD peut également aider à mieux comprendre et évaluer le potentiel d’un parc éolien ainsi qu’à appréhender les interactions entre éoliennes.
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