El CFD sirve tanto para estudios aerodinámicos, que es quizás para lo que más se conoce, y también para analizar el comportamiento de otros fluidos, como el combustible pasando a través de los conductos, dentro de la cámara de combustión, los gases de escape, el aceite y refrigerante, etc.
Por este motivo, aquí te mostraremos cuáles son los programas CFD más destacados, algunos de ellos totalmente gratuitos y de código abierto, otros con licencias realmente caras y no al alcance de todos.
¿Qué es CFD?
El CFD (Computational Fluid Dynamics), o Dinámica de Fluidos Computacional, es una rama de la ingeniería que utiliza métodos numéricos y algoritmos para resolver y analizar problemas que involucran fluidos en movimiento utilizando simulación por ordenador. Para ello, emplea una serie de emplea un software que responde a las ecuaciones físicas como las de Navier-Stokes, y se implementan soluciones de iteración, discretización donde se desarrolla el flujo, y visualización para ver los resultados.
El CFD tiene un amplio rango de aplicaciones en diversas industrias, como puede ser analizar la aerodinámica de multitud de objetos o vehículos, para analizar fluidos dentro del motor o de turbinas, compresores, reactores nucleares, sistemas de climatización, meteorología, así como ingeniería civil para analizar edificios y estructuras para resistir a las fuerzas del viento y el agua, pasando por biomedicina para simular el flujo sanguíneo, respiración, o también para procesos industriales como la inyección de plástico, fundiciones, extrusión, etc.
Software CFD: los mejores programas
Ahora bien, una vez hecha esta breve introducción al CFD, lo que me gustaría introducir aquí es el software que se puede usar para realizar este tipo de simulaciones y estudios sobre los fluidos (agua, aceite, aire,…). Aquí he seleccionado una lista con algunos de los mejores software CFD actuales:
Ansys Fluent
Ansys Fluent es un software de simulación CFD ampliamente utilizado en la industria, desarrollado por la empresa ANSYS. Esta herramienta permite a ingenieros y científicos modelar y analizar de manera precisa el comportamiento de fluidos en una amplia variedad de aplicaciones.
Por ejemplo, entre sus características tenemos que es un software muy versátil para simular gran cantidad de fenómenos de los flujos laminar, turbulentos, multifásicos, e incluso reacciones químicas (por ejemplo, combustión). También ofrece gran eficiencia y precisión, todo con una interfaz gráfica amigable y con todas las herramientas que puedas imaginar. También incluye una amplia biblioteca de modelos físicos predeterminados y acepta varias extensiones o formatos de archivos ocn los que trabajar, como los de geometría (IGES, STEP, Parasolid, ACIS), malla (CDB, Fluent Meshing), resultados (RES, CASE, DAT) y también scripts para automatizar tareas (JOUR).
Star-CCM+
Star-CCM+ es otra alternativa al anterior, desarrollado originalmente por CD-adapco, y posteriormente adquirido por Siemens. Es reconocido por su capacidad para modelar y analizar una amplia gama de fenómenos físicos, lo que lo convierte en una herramienta invaluable en diversas industrias.
Entre lo más destacado hay que reconocer que tiene un potente motor multifísica que va más allá del simple CFD, ya que también puede analizar transferencias de calor o energía, estructuras sólidas (FSI), partículas, combustión, electromagnetismo, etc. Todo un laboratorio fácil de usar, adaptable y versátil. Además, aprovecha muy bien el paralelismo del hardware, lo que lo hace apto para acelerar las simulaciones en supercomputadoras como los clusters.
Por otro lado, en cuanto a los archivos, puede trabajar con geometría (IGES, STEP, Parasolid, ACIS, STL y otros formatos CAD comunes), así como aportar resultados en Excel, CSV, o trabajar con mallas en un formato propio, aunque se pueden importar a otros software como ANSYS SpaceClaim si se quiere…
OpenFOAM
OpenFOAM es un software de código abierto para CFD que yo mismo he utilizado desde Linux, aunque también está para Windows. Inicialmente fue desarrollado originalmente en el Imperial College de Londres, actualmente es mantenido y distribuido por la OpenFOAM Foundation bajo la licencia GNU General Public License (GPL).
Además de ser gratuito y de código abierto, otra de sus fortalezas son su gran versatilidad para simular flujos simples y complejos, combustión, transferencia de calor y más. También es personalizable gracias a su estructura modular, permitiendo crear tus propios solvers o modelos físicos para adaptarlo a tus necesidades específicas. La comunidad también ha creado multitud de herramientas y utilidades complementarias para mejorar sus funciones, lo cual es de gran ayuda.
En cuanto a las extensiones, OpenFOAM usa formatos de archivos propio para almacenar la geometría, malla y resultados de la simulación. Estas extensiones son .foam, .fvSchemes, .fvSolution, y .constant para la geometría de dominio de cálculo, los esquemas numéricos para discretizar las ecuaciones, parámetros de control del solucionador, y valores de propiedades físicas y otras constantes respectivamente. Eso sí, también puede importar y exportar a otros formatos de archivo populares como IGES, STL y VTK.
SimScale
SimScale es una plataforma de software de ingeniería asistida por ordenador (CAE) basada en la nube, desarrollada por SimScale GmbH. A diferencia de los software tradicionales de simulación por CFD, que requieren una instalación local, SimScale ofrece un acceso flexible y escalable a herramientas de simulación potentes a través de un navegador web.
Además de su facilidad de uso, posibilidades de colaboración en equipo, acceso a gran variedad de modelos físicos, escalabilidad y multifísica para CFD, FEA, análisis térmico, etc., también soporta varios formatos de archivo populares con los que trabajar, como STEP, IGES, Parasolid y STL.
Comsol Multiphysics
COMSOL Multiphysics es un potente software de simulación por elementos finitos desarrollado por COMSOL AB. Esta herramienta se destaca por su capacidad para modelar y simular una amplia variedad de fenómenos físicos, tanto de manera individual como acoplada.
Como la competencia, también admite multifísica, tiene una interfaz intuitiva, dispone de una amplia cantidad de bibliotecas físicas, flexibilidad para definir ecuaciones diferenciales parciales (EDPs) personalizadas, potente postprocesamiento con herramientas avazadas, y perfecta integración con otro software de diseño CAD. Para ello, admite formatos de geometría como STEP, IGES, Parasolid, ACIS, STL y otros tipo CAD, así como mallas COMSOL propio, y resultados tanto al formato propietario COMSOL como a CSV y Excel para análisis posteriores…
SolidWorks
SolidWorks no es exactamente un simulador de CFD, sino una de las herramientas CAD bastante popular entre los ingenieros. Desarrollado por Dassault Systèmes, SolidWorks ofrece un entorno de diseño 3D completo para la creación de productos y ensamblajes, pero, la he incluido ya que también permite realizar algunas simulaciones con sus modelos 3D gracias a sus herramientas específicamente diseñadas para ello como Solidworks Flow Simulator.
Entre los formatos de archivo, hay que decir que SolidWorks usa su propio formato nativo .sldprt para partes individuales y .sldasm para ensamblajes. Además, también acepta STEP, IGES, Parasolid, ACIS, STL y otros CAD para geometría, imágenes JPEG, BMP, PNG y TIFF, además de poder exportar datos a Excell, PDF, HTML, o XML.
Autodesk CFD
Autodesk es un importante desarrollador de software profesional, creando software como AutoCAD, Fusion360, Revit, Inventor, Maya, 3ds Max, Civil 3D y un largo etc. Además, también ha desarrollado Autodesk CFD, un software de simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD). Esta herramienta permite a ingenieros y analistas predecir de manera precisa cómo se comportarán los líquidos y gases en diversos escenarios, optimizando así el diseño de productos y sistemas.
Permite realizar simulaciones de fluidos y térmicas con bastante precisión, es compatible con otros productos de Autodesk, lo que te permite por ejemplo crear en Inventor o en AutoCAD y usar el diseño en CFD, también permite automatizar tareas, e incluye un gran repertorio de herramientas de análisis. Por otro lado, entre los formatos de archivo aceptados, además de los STEP IGES, Parasolid, SAT y otros CAD tanto propietarios como libres, también tiene su propio formato de malla y permite exportar los resultados a un formato propietario o a CSV o Excel.
Otros
Existen otros muchos, pero estos son los más importantes. Además, hay que decir que existen algunos desarrollados íntegramente para una aplicación específica. Por ejemplo, muchos equipos de F1 tienen sus propias herramientas creadas en casa, y no utilizan software comercial porque no siempre se puede ajustar a lo que buscan. Otros campos, como los estudios de CFD en sistemas de supercomputación también pueden incluir software propio.
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