FloEFD si chiama così perché il nome significa Engineering Fluid Dynamics. Quindi portare lo studio della meccanica del fluido e la fluidodinamica alla portata del progettista, dell’ingegnere, quindi avere uno strumento che sia il più possibile Quick & Easy e che si adatti al workflow del progettista senza stravolgerlo. Come vedremo questo strumento in realtà si colloca anche come strumento di analisi professionale e può sostituire in molti casi anche i software CFD più blasonati, perché in certi contesti riesce a garantire un incremento di produttività consistente.
 
Tra le altre cose FloEFD diciamo il paradigma di FLOEFD è quello che loro chiamano Frontloading CFD, gli sviluppatori de software. Frontloading è un acronimo inglese che non sono riuscito a tradurre in italiano, vuol rappresentare il fatto di mettere, riuscire a caricare, riuscire a mettere davanti l’analisi fluidodinamica rispetto al flusso di progettazione, quindi riuscire ad anticipare quanto più possibile gli studi fluidodinamici all’interno del flusso di sviluppo di prodotto che va dalla fase concettuale, alla progettazione alla realizzazione e poi la manutenzione e correzione in corso d’opera. Questo perché è dimostrato che all’inizio del flusso di lavoro dello sviluppo del prodotto si ha maggior spazio per correggere eventuali errori progettuali a costo contenuto mentre mano a mano che si va avanti nel progetto aumentano considerevolmente i costi per correggere i problemi e conseguentemente però si ha anche molto meno spazio di progetto per poter correggere il problema. Quindi riuscire a anticipare il più possibile attraverso il paradigma del digital twin riuscire a prevedere il comportamento termo-fluidodinamico del prodotto da spazio a ottimizzazione e riduzione dei costi e riduzione del time-to-market. Quindi i benefici per le aziende sono molteplici.
 
FloEFD dispone di tecnologie innovative che permettono di aggredire certi aspetti del flusso di lavoro della simulazione e di risolverli in maniera brillante. Tanto per cominciare quello che per voi è scontato il fatto che l’integrazione nel CAD mi dia un effettivo beneficio questo è vero anche perché dentro Solid Edge ci sono tutti gli strumenti di modellazione geometrica sia parametrica che diretti, attraverso la modellazione sincrona, per cui riesco a fare qualsiasi cosa alla geometria e a renderla utilizzabile per la simulazione. Dopodiché per quanto riguarda l’effettivo motore di FloEFD, all’interno dell’ambiente ci sono modelli matematici avanzati che permettono di fare prendere delle scelte automaticamente senza richiedere una particolare conoscenza da parte dell’utilizzatore. Ci sono strumenti che permettono un’elevatissima automatizzazione del flusso di lavoro, come ad esempio strumenti per il modello di transizione laminare turbolento, ci sono strumenti che permettono di gestire automaticamente quello che succede vicino alle pareti, avremo modo di vedere poi nel dettaglio tecnicamente di che cosa stiamo parlando, fatto sta che il fatto di essere dentro il cado e avere un’elevata automatizzazione riduce di molto la curva di apprendimento del programma e lo rende utilizzabile anche da non esperti di simulazione. È chiaro che abbiamo comunque un software di analisi, richiede che ci sia una competenza nel suo utilizzo per evitare di generare risultati sbagliati, però qualcosa dove tutte le complessità del mondo della simulazione sono state abbattute, scendendo nel dettaglio su quelle che sono le tecnologie questi sette punti sono i punti di forza.
L’integrazione con il CAD, la creazione automatica della mesh, il modello di turbolenza, che è una tecnologia molto particolare, lo stesso per quanto riguarda il comportamento del fluido in prossimità delle pareti, il solutore, la possibilità di fare studi parametrici, studi di sensitività e il tutto all’interno di un’interfaccia utente amichevole.
Quindi come dicevamo FloEFD è pienamente integrato in Solid Edge. Di fatto nell’ambiente di Solid Edge viene aggiunto un ribbon con i comandi di modellazione fluidodinamica c’è un albero ne quale seguendo un workflow guidato riesco a costruire i modelli fluidodinamici in maniera molto agevole. La cosa positiva è che avendo l’associatività tra modello geometrico e modello fluidodinamico io posso mantenere la sincronizzazione di quello che ho progettato con quello che vado a simulare. In questa maniera riduco gli errori facendo studi di ottimizzazione e soprattutto do al progettista la possibilità di provare, cambiando la geometria e rilanciando le simulazioni, provare più opzioni progettuali in maniera molto rapida.
 
La tecnologia del meshatore. Questa è una tecnologia molto particolare che si chiama SmartCells e se vogliamo incastonarla all’interno di una famiglia di algoritmi è un Immersed Boundary Meshing, vale a dire partendo dal volume di controllo che inviluppa il solido, il volume del fluido sul quale devo fare la simulazione, il software genera automaticamente una griglia cartesiana nella quale va a infittire localmente la mesh in base criteri geometrici o anche con il raffinamento adattativo se durante la simulazione il software si accorge che le celle in un certa zona non sono sufficienti per caratterizzare bene un certo comportamento, si prende la libertà, se la attiva questa cosa, di raffinare da solo il modello.
I vantaggi di questo strumento è che essendo completamente automatizzabile riducono di molto i mal di testa tipici dell’analista che deve fare la mesh per il modello fluidodinamico. Altra cosa importante l’interfaccia utente, quindi sono all’interno del CAD però anche all’interno del CAD ho tutta una serie di strumenti in fase di preparazione del modello, quindi dei wizard che mi aiutano a gestire passo dopo passo la creazione del modello e in fase di conclusione del progetto, documentazione, la possibilità di fare report automatici o di generare, di interfacciarmi facilmente con le applicazioni Office per poi comunicare, condividere i dati del calcolo con i colleghi.
 
Altra cosa particolare per chi è diciamo avvezzo già diciamo conosce il mondo della fluidodinamica, una cosa particolare che influenza molto i risultati delle analisi è il modello di turbolenza. Dentro FloEFD è presente un modello di tipo k-E che gestisce automaticamente la transizione tra flusso laminare e flusso turbolento. Questo è un modello validato da tantissimi casi sperimentali, prove in galleria del vento, prove in vasca, prove sperimentali e test fisici fatti dagli utilizzatori, per cui è una tecnologia molto particolare che non è presente nella maggior parte dei software di fluidodinamica. Di fatto nella maggior parte dei software CFD l’utilizzatore deve fare delle ipotesi sul tipo di flusso presente all’interno del sistema per poi verificarlo a valle, se non fosse verificata l’ipotesi deve cambiare le condizioni al contorno e poi rilanciare l’analisi. Ecco questa cosa qua dentro FloEFD non è necessaria perché automaticamente gestisce questo aspetto del flusso. Altra cosa importante, come forse avrete avuto modo di scoprire approcciando la fluidodinamica, è fondamentale sia nel calcolo dei flussi che dello scambio termico il comportamento vicino alla parete in quello che si chiama strato limite che ha un comportamento tipicamente nella distanza, anzi immediatamente vicino alla parete ha un comportamento, il flusso, molto diverso, potrebbe avere un comportamento molto diverso da quello che ha invece nel cuore principale del flusso. Ecco dentro FloEFD usando la tecnologia SmartCells in maniera trasparente per l’operatore, vale a dire l’operatore non se ne accorge, permette il FloEFD di andare a raffinare automaticamente i risultati vicini in prossimità delle pareti in maniera tale da avere dei bilanci di flusso, bilanci di portata, bilanci di scambio termico corretti appunto in questa zona e quindi in generale avere dei buoni risultati in tutto il dominio.
 
Altra cosa importante e questa è data un po’ dalla particolarità di essere dentro il CAD, il fatto di poter fare facilmente analisi di sensitività “What if” senza dover ripartire da capo tutte le volte. C’è dentro FloEFD la possibilità di clonare un progetto di analisi già fatto e usando le configurazioni o modificando manualmente i parametri del CAD io posso rilanciare automaticamente una nuova simulazione su una configurazione modificata. Questo quindi permette in pochissimo tempo di analizzare uno spazio di progetto ampio e eseguire una vera e propria ottimizzazione del progetto. Altra cosa, a livello di solutore, il solutore è un solutore RANS, quindi che risolve le equazioni di Navier-Stokes mediate alla Reynolds e con dei controlli automatici di convergenza. L’operatore può decidere quali sono i target di convergenza e comunque in generale per la nostra esperienza è un solutore che converge sempre è molto robusto e stabile e non richiede come succede in altri casi di dover andare a mettere le mani su certi parametri del solutore o modificare la mesh, per ottenere poi una convergenza del risultato.

Electronic Cooling
Serve per gestire delle caratteristiche tipiche del raffreddamento dei sistemi elettronici, ovvero poter modellare i componenti elettronici con due resistori, per cui ho due resistenze diverse verso l’aria e verso la board, mi permette di definire per esempio le caratteristiche della PCB come materiale ortotropo.
 
EDA Bridge
Permette di passare da un disegno CAD 2D elettronico della board con tutti gli attributi in veramente due clic, in un modello 3D termico pronto per girare.
 
HVAC
Permette di gestire i fenomeni di scambio termico tenendo conto di indicatori di comfort ambientale. Esistono degli indicatori standard che ci permettono di capire se il funzionamento di un certo dispositivo di condizionamento. Per cui mi permette di valutare non solo gli effetti legati alla temperatura, ma anche tener conto dei flussi, dei flussi di aria locali.
 
LED
Permette di studiare tutti gli aspetti legati all’analisi termica del Led, quindi mi permette di simulare l’irraggiamento e definire e identificare quelle che sono le temperature. Per l’irraggiamento mi permette anche di usare un metodo sofisticato che si chiama Monte Carlo per determinare l’irraggiamento tra i vari corpi, simulando proprio i rimbalzi, la rifrazione tra corpi opachi e corpi trasparenti, mi permette di simulare nel caso di diciamo lampade automobilistiche per esempio, una condizione di condensazione e sbrinamento o deicing del fanale.
 
Advanced
Permette di simulare cose avanzate, come la simulazione dell’irraggiamento in orbita o i flussi ipersonici di una navetta spaziale o in ogni caso in condizioni in cui il gas diventa plasma, ma anche applicazioni più comuni come la simulazione della combustione e la gestione dei fumi.

FloEFD e Solid Works Flow Simulation sono lo stesso prodotto?
Solid Works Simulation usa una porzione del FloEFD, di fatto la tecnologia oggi è tecnologia Siemens, la differenza sostanziale che c’è con l’ambiente Solid Works è che l’ambiente Solid Works è più limitato, permette di fare soltanto quello che si fa con il modulo base e l’Electronic Cooling, con FloEFD per Solid Edge c’è l’EDA Bridge, c’è l’Advanced e c’è anche l’HVAC che non sono presenti in Solid Works.
 
È possibile utilizzare questo software, quindi FloEFD, anche senza avere Solid Edge?
La risposta è ovviamente si, chi non ha Solid Edge può comunque esportare dal proprio CAD uno step, un parasolid dell’assieme e da questo importarlo dentro un modellatore Solid Edge e usando la modellazione sincrona del Solid Edge riuscire a impostare il flusso di lavoro. Il bello di questo sistema è che grazie alla tecnologia sincrona io riesco a rendere parametrica anche una geometria che è stata creata con un altro CAD.
 
Quali sono i punti di debolezza del software rispetto ai blasonati Ansys o Star-CCM+ in termini ovviamente di accuratezza di risultati?
FloEFD usa una tecnologia particolare che gestisce la simulazione fluidodinamica con un approccio che è un po’ diverso rispetto alla CFD tradizionale.
In realtà questa tecnologia, in certi contesti particolari e che risiedono nella maggior parte delle applicazioni industriali, produce i soliti risultati che produrrebbe un Fluent o che produrrebbe uno Star-CCM+ a una frazione del tempo e del costo, inteso sia come costo di risorsa per far girare il software che come costo poi della licenza del software rispetto sia a Fluent che a Star-CCM+.