Nel mondo dell’ingegneria moderna, la simulazione numerica è uno strumento imprescindibile per la progettazione di prodotti sempre più performanti ed efficienti. In particolare, le analisi CFD (Computational Fluid Dynamics) consentono di studiare fenomeni fluidodinamici complessi, riducendo il numero di prototipi fisici necessari e accelerando lo sviluppo.
Negli ultimi anni Ansys ha lanciato Discovery, una piattaforma innovativa che promette di rivoluzionare il modo in cui le aziende affrontano le simulazioni ingegneristiche. A differenza del più tradizionale Ansys Fluent, Discovery offre un’interfaccia estremamente intuitiva e sfrutta la potenza di calcolo della GPU per fornire risultati in tempo reale, permettendo all’utente di vedere subito l’effetto delle modifiche al modello CAD.
Ma quanto è realmente accurato questo nuovo approccio? Può Discovery sostituire i solutori più consolidati come Fluent nella pratica ingegneristica quotidiana? Per rispondere a queste domande abbiamo sviluppato con il supporto di Nicolò Gervasini (tesista di Ingegneria Meccanica presso il DTI-SUPSI), un progetto di tesi mirato a valutare le capacità di Discovery, confrontandone le prestazioni con quelle di Fluent.
Come abbiamo condotto il confronto tra Discovery e Fluent
Per avere un confronto rigoroso, abbiamo progettato tre casi di studio con complessità crescente:
- Backward Facing Step: un caso classico di fluidodinamica, utile per analizzare la capacità del software di prevedere il punto di riattacco del flusso dopo un gradino.
È stato utilizzato il modello di turbolenza k-ω SST e sono state confrontate diverse griglie (strutturate e non) per valutarne l’impatto sui risultati.
- Scambiatore di calore a tubi concentrici: qui l’obiettivo era studiare non solo il comportamento del flusso, ma anche lo scambio termico tra due fluidi.
È stato possibile confrontare i risultati sia con simulazioni Fluent sia con calcoli analitici, verificando così l’affidabilità del solutore di Discovery anche per problemi accoppiati fluido-termici.
- Distributore di flusso: caso di geometria complessa, utile per testare la capacità del software di calcolare correttamente i campi di pressione e le portate massiche in condizioni realistiche.
Sono stati monitorati i salti di pressione e la simmetria delle portate in uscita, oltre a una verifica qualitativa del comportamento del flusso.
Vantaggi e debolezze dei due software
Il confronto ha messo in luce punti di forza e limiti di Discovery.
- Velocità e interattività.
Discovery è risultato nettamente più rapido nella preparazione e nell’esecuzione delle simulazioni, grazie al calcolo parallelo su GPU e all’approccio “meshless” dello stage Explore. L’utente può visualizzare i risultati quasi in tempo reale e modificare la geometria senza dover ripetere l’intero setup.
- Accuratezza variabile.
Nei casi più semplici (come il backward facing step) Discovery ha mostrato un buon accordo con Fluent per la posizione del punto di riattacco e l’andamento delle velocità. Tuttavia, in casi più complessi o per variabili più sensibili, i risultati possono discostarsi anche in modo significativo da quelli ottenuti con Fluent.
- Stage Refine come compromesso.
Passando allo stage Refine, che utilizza un solver più vicino a Fluent e una mesh body-fitted, l’accuratezza migliora, ma i tempi di calcolo aumentano. Discovery rimane comunque più semplice e veloce da usare rispetto a un setup completo in Fluent, al costo di una minor flessibilità di utilizzo.
- Limitazioni attuali.
Alcuni parametri tipici della CFD avanzata (es. valori di y+, controllo dettagliato sulla mesh, strategie di convergenza) non sono accessibili in Discovery. Ciò lo rende ottimo per studi preliminari e di concept, ma meno indicato per validazioni di alta precisione o per analisi certificate.
Le nostre conclusioni
Dallo studio emerge che Ansys Discovery rappresenta un cambio di paradigma: è uno strumento ideale per la fase iniziale di sviluppo, quando serve iterare rapidamente tra design e simulazione. Permette ai progettisti di esplorare alternative geometriche in modo veloce, abbattendo le barriere tipiche dei software CFD tradizionali.
Per applicazioni in cui l’accuratezza numerica è critica (ad esempio, certificazioni o progetti in settori regolamentati), Fluent rimane lo strumento di riferimento. Tuttavia, la combinazione dei due software può portare grandi benefici: Discovery per l’esplorazione rapida, Fluent per la validazione finale.
Il progetto di tesi ha quindi fornito indicazioni preziose per il futuro utilizzo di Discovery in ambito industriale, aprendo la strada a un flusso di lavoro più snello e integrato tra progettazione e simulazione.