Pour générer un maillage de volume fini pour la mécanique des fluides numérique (CFD), le modèle doit avoir une topologie correcte. Dans RWIND 3, les contours des modèles sont définis par des triangles. Le terme « topologiquement correct » signifie que ces triangles doivent former un maillage triangulaire fermé - chaque bord de maillage a exactement deux triangles adjacents et les triangles ne doivent pas se croiser ou se toucher, à l’exception des bords communs et des tourbillons. En fait, la définition exacte d’un modèle « topologiquement correct » est plus compliquée, nous ne la détaillerons cependant pas ici.
Les modèles de CAO typiques ne sont souvent pas topologiquement corrects : des triangles d'un objet 3D se croisent avec des triangles d’autres objets, le contour du modèle n’est pas fermé, etc. Le prétraitement de tels modèles pour une analyse CFD peut être très important et nécessite 60 à 80 % du temps de l’ingénieur. La simplification de ce travail est donc l’une des principales caractéristiques de RWIND 3. Cela a été réalisé par l’implémentation de modèles dits simplifiés. Le modèle simplifié est représenté par un maillage spécial « Shrink-wrapping » du modèle d’origine. Ce maillage est topologiquement correct et peut donc être utilisé comme contour du modèle pour la génération d’un maillage de volume fini 3D pour le calcul CFD.
Types de maillage du modèle
Dans RWIND 3, il existe 5 types de maillages, chacun ayant son propre rôle dans le processus de calcul. Voici un aperçu de ces maillages, triés du maillage du modèle d’origine RFEM 6 au maillage de calcul de RWIND 3 :
Maillage du modèle d’origine
Maillages créés à partir du maillage MEF d’origine dans RFEM 6. Il en existe deux types :
- M1 : Maillage basé sur le maillage MEF du modèle RFEM 6 ou du modèle stl importé.
- M2 : Maillage affiné pour un meilleur affichage graphique des résultats sur le modèle d’origine. RWIND 3 affine le maillage du modèle d’origine pour une meilleure transition des résultats du maillage de calcul de surface vers le modèle d’origine.
Maillage du modèle simplifié
Le maillage généré par RWIND 3
- M3 : Le maillage créé par thermorétraction améliore topologiquement le maillage M1. Le processus de thermorétraction crée un modèle simplifié de la structure complexe, réduisant le niveau de détail du modèle d’origine. Le maillage de thermorétraction est ensuite utilisé comme maillage aux limites d’entrée pour le calcul CFD dans OpenFOAM.
Maillage du modèle de calcul
Maillages générés par OpenFOAM. Il en existe deux types :
- M4 : Maillage de calcul surfacique créé par OpenFOAM basé sur le maillage M3, le maillage de base (maillage de contour) pour générer le maillage 3D des volumes M5. Après le calcul, les résultats de surface sont affichés sur ce maillage surfacique (maillage de calcul).
- M5 : Maillage 3D en volume généré par snappyHexMesh d’après le maillage surfacique de contour (M4). En savoir plus sur le processus de génération de maillage. Le maillage M5 remplit le domaine d'écoulement 3D autour du modèle et après le calcul, les résultats du champ d'écoulement y sont affichés.
Simplification du modèle
Le modèle simplifié corrige automatiquement la plupart des problèmes qui devraient sinon être corrigés manuellement. Ces problèmes incluent :
- Détails superflus (voir le point 1 dans l'image Imperfections topologiques) : détails qui ne sont pas pertinents pour la simulation donnée et qui peuvent causer des instabilités de calcul en raison d’'une discrétisation insuffisante.
- Intersection des triangles (voir le point 2)
- Bords ouverts et surfaces présentant une épaisseur nulle (voir le point 3)
- Ouvertures par lesquelles le fluide (vent) circule à l'intérieur du bâtiment (voir le point 4)
L’image des modèles simplifiés ci-dessous montre des exemples de modèles corrigés automatiquement.
Lors de la simplification du modèle, il est possible de spécifier le niveau de détail ainsi que la taille maximale des ouvertures à fermer. L’utilisation d'un modèle simplifié pour déterminer la charge de vent sur un bâtiment est basée sur l’hypothèse suivante : si le modèle simplifié se rapproche bien de la forme du modèle d’origine, la charge calculée pour le modèle simplifié se rapproche également des valeurs correctes.
Bien que l’utilisation du modèle simplifié soit suggérée dans la plupart des cas, l’utilisateur peut désactiver cette option et utiliser les limites du modèle importé pour le calcul. Cependant, cette option est recommandée uniquement pour les utilisateurs expérimentés dans les analyses CFD.
Extrapolation des résultats
Après le calcul, nous avons les résultats sur le maillage de calcul et devons les transférer à la surface du modèle d’origine (c'est-à-dire le « Maillage d’origine »). À cette fin, RWIND utilise un processus d’extrapolation décrit ci-dessous.
Le processus d’extrapolation peut être divisé en deux sections principales :
1. Position des triangles de contour
Le processus d’extrapolation commence par la localisation des triangles de contour du maillage sur la surface du modèle. Nous recherchons des triangles dont le centre de gravité est suffisamment proche du maillage d’origine. Durant ce processus, certains critères sont considérés. Par exemple, les triangles ne doivent pas se chevaucher, etc.
2. Extrapolation de la pression sur le maillage du modèle d’origine
Puis, pour chaque triangle de contour du maillage d’origine, nous trouvons un point approprié sur le maillage de calcul et y trouvons la valeur de pression.
Pour trouver un point sur le maillage de calcul, nous définissons d’abord la normale n au centre du triangle S, puis nous recherchons un point résultant à l’intersection de la normale n avec le triangle du maillage de calcul, voir l’image ci-dessous. Si le point résultant ne peut pas être trouvé ainsi, alors le point le plus proche possible dans la zone environnante est extrait.
Si nous parvenons à trouver un point approprié sur le maillage de calcul, nous utilisons la valeur de pression à ce point et la transférons à l’ensemble du triangle du maillage d’origine, voir cette image. Le résultat de ce processus est les valeurs de pression dans chaque triangle du maillage du modèle d’origine. Sur la surface du modèle, ces valeurs ne sont pas nulles (valeurs positives = pression, valeurs négatives = dépression) et sur le reste du modèle, la pression est nulle. Il est ensuite possible de calculer les forces agissant aux centres des triangles dues à la pression induite par la surface des triangles. La direction de la force est dans la direction normale au triangle.
Vérification du maillage de calcul avant le calcul
Les paramètres de maillage de RWIND sont très bien définis par défaut pour de nombreux modèles (niveau de détail, etc.), mais le éventail des applications RWIND est très large et les paramètres par défaut ne conviennent pas forcément à tous les modèles.
Si nous pensons que notre modèle nécessite des paramètres plus spécifiques (par exemple, les détails du bâtiment jouent un rôle important dans la simulation du flux de vent), nous vous recommandons de vérifier le maillage de calcul avant de calculer. Cette image montre comment les deux maillages sont affichés.
Astuce:
- Soit le maillage de calcul généré saisit suffisamment la géométrie du modèle ou soit la simplification est trop élevée, voir l’image ci-dessous.
