5. Les logiciels de CFD utilisés : OpenFOAM et StarCCM+

En vue d'accomplir les objectifs du BEI, les études thermiques seront effectuées sur deux logiciels, à la demande d'Epsilon.

 

Le logiciel libre OpenFOAM

Présentation

OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) est un logiciel libre, open source, multiplateforme et multiphysique spécialement destiné à la Dynamique des Fluides Numérique (CFD) et développé par la société britannique OpenCFD Ltd mais initialement conçu à l'Imperial College de Londres dans les années 1980 par Henry Weller. OpenFOAM est codé en C++, utilise une approche orientée objet et est principalement dédié à la résolution des équations aux dérivées partielles par la méthode Volumes Finis. Ses principaux avantages sont qu'il est gratuit, performant, parallélisable et personnalisable, c'est-à-dire que des modules complémentaires peuvent être développés car sa source est accessible[2].

 

Solveurs

OpenFOAM, entre autres capable de résoudre des problèmes multiphysiques, comporte de nombreux solveurs :

  • écoulements incompressibles
  • écoulements compressibles
  • écoulements multiphasiques
  • transferts thermiques
  • écoulements particulaires
  • combustion
  • finance...

 

Modèles de turbulence

Outre sa performance en écoulement laminaire, OpenFOAM permet aussi de traiter des écoulements turbulents avec plusieurs modèles de turbulence :

  • Large Eddy Simulation (LES) : résout les grandes échelles de l'écoulement
  • Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) : résout les équations de Navier-Stokes moyennées
  • Detached Eddy Simulation (DES) : modèle hybride entre la LES et le RANS
  • Direct Numerical Simulation (DNS) : résout d'équation de Navier-Stokes directement sans modèle de turbulence

Exemple de simulation OpenFOAM d'un champ de contraintes sur une plaque percée

 

Première prise en main d'OpenFOAM

La structure générale du logiciel OpenFOAM est présentée ci-dessous :

Chaque cas de calcul dans OpenFOAM est organisé selon une certaine structure. L'utilisateur donne un nom à son cas de calcul, par exemple "Validation". Ce nom devient alors le nom du dossier dans lequel tous les fichiers relatifs à ce cas de calcul seront stockés. Peu importe l'endroit où ce dossier est placé, mais il est préférable qu'il le soit dans le dossier run du dossier du projet de l'utilisateur $HOME/OpenFOAM/${USER}-2.1.0.

Capture du dossier {USER}-2.1.0, ici, login-2.1.0

 

Contenu du dossier "run" et du cas de calcul "Validation" avant simulation

 

Structure du dossier contenant le cas de calcul

 

Le logiciel commercial StarCCM+

Présentation

Le logiciel StarCCM+ (Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Regions Computational Continuum Mechanics) est un outil commercial de CFD développé par la société CD-adapco. Il résout les équations de la Mécanique des Fluides grâce à la méthode Volumes Finis, tout comme le logiciel OpenFOAM présenté précédemment. StarCCM+ permet de simuler les écoulements diphasiques, incompressibles, compressibles ou encore la combustion dans différents domaines tels l'Aerospatial, l'Automobile ou l'Environnement. StarCCM+ comprend un outil de modélisation 3D de CAD (Computer-aided Design), une technologie de maillage automatique, des modélisations de la turbulence (RANS, Reynolds Stress Model, k-$\epsilon$, k-$\omega$, v2f, LES, Spalart Allmaras...) ainsi que des outils de post-traitement.

 

Exemple de simulation CFD sur StarCCM+ autour d'un navire de combat