En la simulación multifísica, una de las tareas esenciales es la importación y manipulación de geometrías complejas provenientes de modelos CAD. El módulo CAD Import de COMSOL Multiphysics facilita este proceso [1], permitiendo a los usuarios integrar directamente diseños detallados en el entorno de simulación. Este módulo es particularmente útil en diversas industrias. Más detalles sobre formatos admisibles, usando este módulo se encuentran en [2].

Un ejemplo práctico de esta capacidad es el titulado "Creating a Fluid Domain Inside a Solid Structure", que demuestra cómo definir un dominio de fluido dentro de un múltiple de escape de un motor.

Objetivo del ejemplo

El objetivo de "Creating a Fluid Domain Inside a Solid Structure" es ilustrar:

• La importación de Geometría CAD: La importación de un modelo CAD detallado de un sistema de escape, lo cual es crucial para iniciar el análisis multifísico. Este proceso garantiza que los detalles geométricos se conserven, facilitando simulaciones precisas.
• La creación del Dominio de Fluido: La definición del espacio ocupado por los gases de escape dentro de la estructura sólida. Este paso es fundamental para realizar simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) y estudiar el comportamiento del flujo.

Procedimiento

• Importación de la Geometría CAD
  • Se comienza importando el modelo CAD del sistema de escape en un formato estándar como STEP, IGES o ACIS. Estos formatos permiten la representación precisa de la geometría, esencial para análisis detallados.
• Definición del Dominio de Fluido
  • Una vez importada la geometría, se utiliza el CAD Import Module para definir el dominio de fluido. Esto implica identificar el volumen interno del sistema de escape que será ocupado por los gases, separando así este volumen de las paredes sólidas.
• Configuración de las Condiciones de contorno
  • Se establecen las condiciones de entrada y salida para el flujo de gases, y se aplican condiciones adecuadas en las paredes internas del múltiple. Estas configuraciones determinan cómo interactúan los gases con las superficies sólidas y cómo se distribuye el flujo dentro del sistema.
• Generación de la Malla y Simulación
  • Se crea una malla para el dominio de fluido, lo cual es necesario para la resolución numérica de las ecuaciones de flujo. La simulación puede incluir el análisis del flujo de gases y la transferencia de calor, proporcionando una visión completa del comportamiento térmico y dinámico del sistema.

La Figura 1 muestra la secuencia geométrica que incluye la importación y las acciones posteriores para llegar al mallado. El último nodo (Remove Details) está desactivado, razón por la cual el mallado presenta 3 advertencias. Si se finaliza la geometría incluyendo Remove Details se consigue el mallado libre de advertencias. La Figura de la cabecera muestra el resultado de la malla tras haber removido los detalles en la secuencia geométrica.

Figura 1: Secuencia de la Geometría.

Aplicaciones y Beneficios

El ejemplo "Creating a Fluid Domain Inside a Solid Structure" es útil para:

• Optimización de Diseños de Componentes
  • Permite mejorar el diseño del múltiple de escape para optimizar el flujo de gases, reducir la contrapresión y mejorar la eficiencia del motor.
• Estudios Térmicos
  • Ayuda a analizar la transferencia de calor desde los gases hacia las paredes del múltiple, lo cual es crítico para la gestión térmica del motor y la durabilidad de los materiales.
• Reducción de Emisiones
  • Al optimizar el flujo y la combustión, es posible reducir las emisiones contaminantes, cumpliendo con normativas ambientales estrictas.

Conclusión

El ejemplo "Creating a Fluid Domain Inside a Solid Structure" demuestra cómo el CAD Import Module de COMSOL Multiphysics permite la integración efectiva de modelos CAD complejos en simulaciones multifísicas. Esta capacidad es esencial para realizar análisis detallados y precisos, necesarios en el diseño y optimización de sistemas de ingeniería complejos. El ejemplo guía a los usuarios a través de todo el proceso, desde la importación de la geometría hasta la ejecución de simulaciones avanzadas, proporcionando una herramienta valiosa para ingenieros y diseñadores en la mejora continua de productos y procesos.

Referencias

[1] Galería de aplicaciones: Creating a Fluid Domain Inside a Solid Structure

[2] Centro de aprendizaje: Supported File Formats

[3] CAD Import Module