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