MODELISATION NUMERIQUE ET SIMULATIONS

ANSYS-FLUENT 

ANSYS, Inc. est un éditeur de logiciels spécialisé en simulation numérique. L’entreprise a son siège à Canonsburg en Pennsylvanie aux États-Unis. Ses produits majeurs sont des logiciels qui mettent en œuvre la méthode des éléments finis, afin de résoudre des modèles préalablement discrétisés. La société possède de nombreuses filiales à travers le monde, notamment en Europe et en Asie. ANSYS CFX et Fluent : Ces deux logiciels permettent d’effectuer des simulations de la dynamique des fluides. Ils portent le nom des compagnies qui les ont développés, rachetées par ANSYS Inc. respectivement en février 2003 et en février 2006.

Fluent est un solveur : il ne comporte pas de mailleur (le maillage doit être réalisé avec un logiciel de maillage, Gambit par exemple, qui est également édité par ANSYS. Le paramétrage du modèle se fait par une interface graphique. Il dispose d’une interface de scripts pour automatiser les processus de calcul. L’un des intérêts de ce logiciel de simulation généraliste, est qu’il dispose d’un nombre relativement important de modèles, pouvant faire face à divers aspects de la mécanique des fluides : écoulements diphasiques (miscible, non miscible, cavitation, solidification), turbulence (LES, KE, Kw, SA, Reynolds stress…), combustion (pré-mélangé et non pré-mélangé), transport de particules, écoulements en milieux poreux, maillages mobiles et dynamiques avec reconstruction du maillage, entre autres.

Les schémas numériques temporels et spatiaux peuvent être modifiés pour améliorer la convergence. Fluent est  parallélisé et permet de tirer parti de systèmes multiprocesseurs aussi bien au sein d’une seule machine qu’en réseau (cluster, dual-core, plateforme multi-CPU). o Gambit :

Un logiciel de maillage édité par la société ANSYS depuis 2006 (l’éditeur historique du logiciel était la société Fluent). Ce mailleur permet de créer sa propre géométrie avec un grand degré de liberté et une grande précision, ou d’importer celle-ci depuis un fichier CAO. Il assure également le maillage automatique de surfaces et de volumes en parallèle de l’introduction de conditions aux limites. Gambit est souvent considéré comme un mailleur de référence par les modélisateurs utilisant Fluent.

La méthode des volumes finis

Les trois méthodes numériques les plus utilisées dans les codes de calculs sont les volumes finis, les différences finies et les éléments finis. La méthode des volumes finis consiste à discrétiser le domaine de l’écoulement en une multitude de volumes de contrôle (cellules) puis d’effectuer des bilans (de masse, d’énergie, de quantité de mouvement,…) sur ces petits volumes.

Pour cette raison, la formulation fait apparaître des intégrations de volume. L’avantage de cette méthode est que tout ce qui sort d’un volume, rentre dans un autre, cette méthode est donc conservative et aussi cette méthode permet de simuler des écoulements dans des géométries complexes, à partir de différents types de maillages plus ou moins fins.

Les étapes de simulation 

Une pile à combustible est constituée de plusieurs couches, chaque couche à son rôle dans le fonctionnement de la pile : Entrée Anodique : Un gaz riche en hydrogène est fourni à l’entrée anodique. Un gaz appauvri en hydrogène sort. Entrée Cathodique : Un gaz riche en oxygène (air) est fourni à l’entrée cathodique. Un gaz appauvri en oxygène et contenant une grande quantité d’azote sort.

GDL Anodique 

Les concentrations d’eau, d’hydrogène changent au niveau de la couche de diffusion de gaz sont liées aux phénomènes production/consommation. Chapitre III Modélisation numérique et simulation 56 GDL Cathodique : La concentration d’eau et d’oxygène change au niveau de la couche de diffusion de gaz sont liées aux phénomènes production/consommation.

Catalyst Anodique 

L’hydrogène est consommé sur les sites catalytiques anodiques. Catalyst Cathodique : L’oxygène est consommé et l’eau est produite sur les sites catalytiques cathodiques. Membrane : Les protons et l’eau sont transportés à travers la membrane. En même temps, la membrane est un isolant pour les électrons.