Chapitre 9 : Affectation des conditions limites

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Dans le chapitre précédent, nous avons abordé l'affectation, la création et la gestion des matériaux dans l'étude de conception. Dans ce chapitre, nous allons étudier l'interaction de la conception avec ses éléments environnants. En affectant des conditions limites telles que le débit, la pression et la température aux ouvertures et aux autres emplacements spécifiques, nous « connectons » dans la pratique la conception au monde physique. De plus, les conditions limites nous permettent de spécifier une charge calorifique interne, comme la dissipation de la chaleur intervenant fréquemment dans les simulations de gestion des transferts thermiques pour les produits électroniques.

Les conditions limites définissent les entrées du modèle de simulation. Certaines conditions, comme la vitesse et le débit volumique, définissent les conditions d'entrée ou de sortie de l'écoulement dans le modèle. D'autres conditions, telles que le coefficient de transmission superficielle et le flux de chaleur, définissent l'échange d'énergie entre le modèle et ses valeurs environnantes.

Les conditions limites connectent le modèle de simulation à son environnement. Sans ce dernier, la simulation n'est pas définie et, dans la plupart des cas, ne peut pas avoir lieu. La plupart des conditions limites peuvent êtres définies en régime établi ou transitoire. Les conditions limites en régime établi restent actives pendant toute la simulation. Les conditions limites en régime transitoire peuvent varier dans le temps et sont souvent utilisées pour simuler un événement ou un phénomène cyclique.

Remarque : L'écoulement et la chaleur entrent dans le modèle et en sortent à des emplacements spécifiés. Les surfaces externes qui ne possèdent pas de conditions limites sont considérées comme étant des parois adiabatiques (pas d'écoulement et pas de transfert thermique).

Utilisation des conditions limites

Pour affecter une condition aux limites

Pour commencer, activez la tâche Condition limite dans Configuration (onglet) > Tâches de configuration (panneau) (A) ou dans la barre Etude de conception (B) :

Pour travailler près du modèle

Cliquez avec le bouton gauche sur l'entité de modèle (surface ou pièce).
Cliquez sur le bouton Modifier dans la barre d'outils contextuelle.
Indiquez les paramètres dans la boîte de dialogue d'édition rapide Conditions limites.

Vous pouvez aussi cliquer avec le bouton droit de la souris sur l'entité de modèle ou sur la branche de la barre Etude de conception et cliquer sur Modifier...

Pour travailler loin du modèle

Cliquez avec le bouton gauche sur l'entité de modèle (surface ou pièce) pour la sélectionner.
Cliquer sur Modifier dans le panneau contextuel Conditions limites.
Indiquez les paramètres dans la boîte de dialogue d'édition rapide Conditions limites.

Pour affecter la condition limite dans la boîte de dialogue d'édition rapide

Définissez le Type de condition.
Définissez les Unités (le cas échéant).
Définissez la variation temporelle (Stationnaire ou Transitoire).
Appliquez les paramètres propres aux conditions, par exemple Normal ou Composant pour Vitesse ou bien Statique ou Jauge pour Pression. Changez la direction du débit pour la vitesse, le débit volumique ou le débit massique.
Spécifiez la valeur.
Cliquez sur Appliquer .

Pour définir puis appliquer une condition aux limites

Un autre processus de travail consiste à créer une condition limite avant de l'appliquer au modèle.

Cliquez sur Modifier dans le panneau contextuel Conditions limites. Vous pouvez aussi cliquer avec le bouton droit sur la branche Conditions limites de la barre d'étude de conception et cliquer sur Nouvelle BC...
Définissez la condition limite dans la boîte de dialogue d'édition rapide Conditions limites et cliquez sur Appliquer.
Faites glisser le paramètre non affecté de la barre d’étude de conception sur l'entité de modèle :

Remarque : Pour affecter un paramètre actuellement affecté à un autre objet, faites-le glisser de la barre d’étude de conception sur l'entité de modèle.

Pour supprimer une condition aux limites

Pour supprimer une condition aux limites d'une entité spécifique (plusieurs méthodes) :

Cliquez avec le bouton gauche sur une entité et cliquez sur l'icône Supprimer dans la barre d'outils contextuelle. (Cette opération supprime les conditions selon leur ordre d'application.)
Développez la branche des conditions limites dans la barre Etude de conception, cliquez avec le bouton droit sur une condition spécifiée et cliquez sur Supprimer.
Sélectionnez l'entité et cliquez sur Modifier dans le panneau contextuel Conditions limites. Dans la boîte de dialogue d'édition rapide, définissez le Type sur le type de la condition à supprimer et cliquez sur Supprimer.

Pour supprimer une seule condition aux limites de plusieurs entités :

Développez la branche Conditions limites dans la barre Etude de conception.
Cliquez sur la condition avec le bouton droit pour la supprimer.
Cliquez sur Supprimer.

Pour supprimer toutes les conditions limites :

Cliquez avec le bouton droit sur la branche Conditions limites de la barre Etude de conception.
Cliquez sur Supprimer tout.

Conditions limites de l'écoulement

Les conditions limites de l'écoulement répondent à ces questions :

Y a-t-il un écoulement ?
Quel élément pilote l'écoulement ?
Où pénètre-t-il dans le modèle et où en sort-il ?
Quelle est sa valeur ?

L'écoulement peut être piloté de plusieurs façons :

débit spécifié
vitesse
pression
pompe ou ventilateur interne
flottabilité imputable à la convection naturelle

Les conditions limites de l'écoulement sont appliquées aux surfaces extérieures. Elles incluent normalement :

Entrée	Sortie
Débit	Pstatic = 0
P statique = 0	Débit
Pstatic > 0	Pstatic = 0
Ventilateur externe (poussée)	Pstatic = 0
Pstatic = 0	Ventilateur externe (tirage)
Pstatic = 0 (ventilateur interne)	Pstatic = 0

Les conditions limites de l'écoulement les plus utilisées...

Vélocité	La vitesse a normalement une fonction de condition limite d'entrée. Indiquez si elle est normale à la surface sélectionnée ou appliquée dans les composants cartésiens. Une vitesse peut être appliquée à une sortie, si la direction est définie en tant que sortie du modèle. Pour définir un profil d'écoulement établi pour une condition de vitesse, cochez l'option Ecoulement établi.
Débit volumique	Appliquez aux entrées planes (et parfois aux sorties). Cette fonction est particulièrement utile avec une densité constante. Pour définir un profil d'écoulement établi pour une condition de vitesse, cochez l'option Ecoulement établi.
Débit massique	S'applique principalement aux entrées (planes uniquement). Un débit massique peut être appliqué à une sortie, si la direction du débit est en dehors du modèle.
Pression	La condition aux limites Pression est normalement utilisée en tant que condition de sortie. La condition de sortie recommandée (et la plus pratique) est une pression statique, totale d'une valeur nulle ( 0 ). Aucune autre condition n'est nécessaire pour une sortie. Si la chute de pression dans un appareil est connue, spécifiez-la en entrée (en tant que pression statique totale) et indiquez une valeur nulle pour la pression statique totale en sortie.
Glissement/Symétrie	La condition de glissement a l'action suivante : le fluide s'écoule le long d'une paroi au lieu de s'arrêter sur cette paroi (ce qui est normalement le cas le long d'une paroi). Cependant, l'écoulement du fluide ne peut pas traverser la paroi. Les parois de glissement sont utiles pour définir des plans de symétrie. La surface de symétrie ne doit pas obligatoirement être parallèle à un axe de coordonnées.

D'autres conditions limites de l'écoulement sont disponibles dans Autodesk Simulation CFD. Les conditions indiquées ci-dessus sont les plus utilisées. Cliquez ici pour afficher la description de toutes les conditions limites de l'écoulement dans Autodesk Simulation CFD...

Conditions limites de transfert thermique

La chaleur peut provenir d'une température connue, d'une charge calorifique (par exemple, une puce électronique), d'un rayonnement ou d'une résistance à un courant électrique. Les conditions limites de chaleur répondent à ces questions :

La conception comporte-t-elle de la chaleur ?
Où ?
Quelle valeur ?
Où la chaleur quitte-t-elle la conception ?
Quelle est la température ambiante de référence ?

Remarque : Une température doit être spécifiée dans le modèle pour que Autodesk Simulation CFD puisse résoudre le transfert thermique. Il peut s'agir d'une condition aux limites de température ou de coefficient de transmission superficielle.

Les conditions limites de transfert thermique les plus utilisées...

Température	Une condition aux limites de température doit être spécifiée pour toutes les entrées pendant l'exécution d'un transfert thermique. Une condition de température statique est recommandée pour la plupart des analyses de transfert thermique. Utilisez la température totale en tant que température d'entrée pour les analyses de transfert thermique compressibles.
Flux de chaleur total	Le flux de chaleur total est une condition de surface qui impose la chaleur directement sur la surface appliquée. Appliquez directement la condition de flux de chaleur totale. (Ne divisez pas par la zone de surface.) Cette fonction est très utile, car il est ainsi inutile de recalculer la valeur en cas de modification de la zone de la surface appliquée. Le flux de chaleur totale doit uniquement être appliqué aux surfaces des parois externes.
Coefficient de transmission superficielle	Aussi appelé condition de convection, ce coefficient est souvent utilisé pour simuler le refroidissement. Affectez des coefficients de transmission superficielle aux surfaces externes afin de simuler l'effet de l'environnement externe à l'appareil. Doit être uniquement appliqué aux surfaces externes.
Rayonnement	La condition aux limites de rayonnement simule le transfert de chaleur de rayonnement entre les surfaces sélectionnées et une source externe au modèle. Elle correspond à un « coefficient de transmission superficielle de rayonnement », dans la mesure où elle expose une surface à une charge calorifique donnée à l'aide d'une température source et d'une condition de surface.
Génération de chaleur totale	La condition de génération totale de chaleur est une charge calorifique qui n'est pas divisée par un volume de pièce. Cette condition est recommandée pour la plupart des applications de charge calorifique, car il est inutile d'ajuster la valeur en cas de modification du volume de pièce.

D'autres conditions limites de transfert thermique sont disponibles dans Autodesk Simulation CFD. Les conditions indiquées ci-dessus sont les plus utilisées. Cliquez ici pour afficher la description de toutes les conditions limites de transfert thermique dans Autodesk Simulation CFD...

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