Ansys impulsa el diseño térmico y la optimización con la integración del escritorio térmico de C&R Technologies

Como tantos ingenieros, me he maravillado con las misiones al espacio desde que tengo memoria. Este interés solo ha crecido con los últimos desarrollos espaciales comerciales y el reinicio del programa de la NASA para volver a la luna. Por supuesto, ahora hay una gran cantidad de videos y artículos que permiten a cualquier persona obtener una idea de los desafíos de lanzar un cohete y lidiar con los entornos extremos del espacio. Cuanto más aprendemos, más impresionantes se vuelven nuestros éxitos en el espacio.

Por lo tanto, me complace dar la bienvenida a Cullimore y Ring Technologies, Inc. (CRTech) a Ansys. CRTech, creadores de Thermal Desktop, ofrece una serie de tecnologías únicas que los líderes de la industria espacial han utilizado durante más de 30 años.

Ingenio que está fuera de este mundo

Hay muchos ejemplos de Thermal Desktop que ayudan a diseñar sistemas térmicos. Uno de los más interesantes que vi fue para Ingenuity, el helicóptero que se lanzó con el rover Perseverance en la misión a Marte 2020. El primer vuelo del pequeño helicóptero fue en abril de 2021.

Como puede imaginar, gestionar los requisitos de potencia de un vehículo de este tipo con restricciones de masa muy estrictas es un gran desafío. Con las temperaturas en Marte cayendo hasta -90 °C (-130 °F), casi la mitad de la energía utilizada por Ingenuity es para gestión térmica. Hay una temperatura de vuelo permitida (AFT) que se debe cumplir para que todo funcione correctamente y para que los vuelos sean posibles. Hacer mal el diseño de algo como esto significa falla y no hay posibilidad de una actualización o reparación. Ingenuity, que comenzó como una demostración de tecnología que se espera que realice hasta cinco vuelos, completó más de 30 vuelos y también superó los objetivos de alcance y duración del vuelo.

Thermal Desktop es utilizado por ingenieros térmicos de todo el mundo para resolver problemas desafiantes como el helicóptero de Marte, el telescopio espacial James Webb y muchas más aplicaciones prácticas. El software de diseño y simulación de CRTech se utiliza en todo, desde el enfriamiento con helio líquido de dispositivos de resonancia magnética hasta hornos de fabricación de vidrio y de craqueo de metano.

El equipo de CRTech tiene una gran experiencia y conocimientos en gestión térmica, redes de flujo, radiación y más. Construyeron las herramientas únicas en CRTech trabajando de cerca con los clientes. Ahora, como parte de Ansys, esas herramientas se pueden combinar con los solucionadores multifísicos de Ansys para ofrecer un valor aún mayor.

Se utilizó software de C&R Technologies (izquierda) y Ansys (derecha) para simular diferentes aspectos del telescopio espacial James Webb.

Una combinación ganadora

Thermal Desktop ya puede co-resolver con las soluciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de Ansys utilizando Ansys System Coupling. La mayor integración de las herramientas permitirá a los clientes aprovechar lo mejor de ambos mundos: redes térmicas/de fluidos a nivel de sistema y soluciones CFD completas para simulaciones eficientes, altamente precisas y detalladas.

Los modelos se pueden importar a Thermal Desktop desde prácticamente cualquier lugar. Para geometrías complejas, también puede usar TD Direct, que está integrado en Ansys SpaceClaim. Esto ayuda a habilitar iteraciones de diseño rápidas, volúmenes de fluidos para compartimentos, líneas centrales de tuberías y muchas otras funciones.

Los ejemplos de geometrías complejas incluyen la creciente necesidad de administrar el calor en cosas como los módulos de batería de iones de litio en vehículos eléctricos. La simulación térmica aquí es muy importante. El comportamiento, la seguridad y la eficiencia del sistema de batería dependen mucho de la temperatura, tanto mientras el vehículo está en marcha como mientras se recarga la batería.

Además de utilizar Thermal Desktop, puede utilizar TD Direct, así como los módulos RadCAD y FloCAD, que le ofrecen una enorme flexibilidad para determinar el nivel de fidelidad o detalle que le gustaría incluir en sus modelos.

El trabajo comenzará de inmediato para vincular Thermal Desktop con Ansys ModelCenter, utilizando la API de OpenTD, aprovechando las variaciones paramétricas y el comando externo en las herramientas de CRTech dentro del marco de integración de procesos y optimización del diseño (PIDO) que ofrece ModelCenter. La API de OpenTD también se utilizará para integrar Thermal Desktop con Ansys Systems Tool Kit (STK). Existen planes para conectar la principal planificación de misiones de STK con los mejores cálculos de radiación de su clase de RadCAD. Los planificadores de misiones pueden proporcionar misiones complejas como órbitas de halo casi rectilíneas (NRHO) para misiones lunares a RadCAD y acceder a los resultados de Thermal Desktop para mejorar esas misiones.

SINDA/FLUINT es el motor de soluciones detrás de Thermal Desktop. Puede manejar las peculiaridades de los flujos de dos fases junto con las complejidades de la transición entre monofásico y bifásico. Las aplicaciones se encuentran en todo tipo de casos de uso, desde sistemas de condensador-evaporador, tuberías de calor, simulación de termosifón bifásico, sistemas criogénicos y Dewar, sistemas de almacenamiento y distribución de gas y celdas de combustible. Curiosamente, el código SINDA/FLUINT tiene raíces que se remontan a la década de 1960, un largo legado en el software de simulación que es incluso más antiguo que Ansys Mechanical APDL.

Las sinergias existentes entre Ansys y las herramientas de C&R Technologies son solo el comienzo. Por ejemplo, RadCAD puede proporcionar cargas de radiación a todo, desde objetos ubicados en una ventana hasta barcos, aeronaves, naves espaciales e incluso rovers en planetas distantes. Esta carga de radiación se puede usar para un análisis de respuesta estructural detallado en Mechanical y para una simulación CFD 3D completa en Ansys Fluent. Estas cargas se pueden usar para observar el efecto en los sensores ópticos y las antenas de radiofrecuencia.

Hay mucho potencial con las soluciones de simulación combinadas de Ansys y CRTech. Las herramientas pueden incluso conectarse a una simulación de misión completa: ¡una misión a Marte, o simplemente un viaje rápido a las tiendas para tomar un poco de leche en su automóvil autónomo!