Développement d’un jumeau numérique avec le logiciel Ansys Fluent

Notre client, une entreprise du domaine pharmaceutique, avait besoin de démontrer l’efficacité à 100 % de l’étape de décontamination par lavage de ses cuves de production. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé un modèle prédictif de simulation en mécanique des fluides, en utilisant les modules du logiciel Ansys Fluent.

Nous avons comparé les résultats de cette modélisation à ceux obtenus sous le logiciel OpenFoam afin de sécuriser l’analyse.

La méthode de modélisation nous a permis de simuler les écoulements complexes, notamment ceux des gouttes d’eau, et de concevoir la solution de lavage efficace. Les simulations ont permis de calculer précisément les temps de lavage nécessaires pour atteindre une décontamination complète.

Nous avons au cours de ce projet testé plusieurs techniques numériques pour définir celle qui donnera les résultats les plus précis par rapport à la méthode de lavage .

Nous avons utilisé divers modèles de simulation en mécanique des fluides sous Ansys Fluent. Parmi ceux-ci, le modèle des Grandes Échelles (LES) a été employé pour capturer les structures tourbillonnaires dans les écoulements turbulents, offrant ainsi une précision accrue dans la modélisation des mouvements des gouttes d’eau. De plus, le modèle de Volume de Fluide (VOF) a été utilisé pour simuler l’interface entre le liquide et l’air, essentiel pour comprendre et optimiser le contact de l’eau de lavage avec les surfaces des cuves.

En complément, nous avons également utilisé OpenFOAM (logiciel open-source de mécanique des fluides), pour modéliser l’écoulement d’eau. OpenFOAM offre une grande flexibilité, permettant de personnaliser les solveurs et les modèles pour répondre spécifiquement aux besoins du projet. Dans ce cas, nous avons utilisé le solveur interFoam pour modéliser les écoulements multiphasiques. Ce solveur utilise une approche de Volume de Fluide (VOF) similaire pour suivre les interfaces entre l’eau et l’air, permettant une simulation précise des jets de lavage et des interactions avec les parois des cuves. Les équations de Navier-Stokes sont résolues pour chaque phase, en tenant compte des forces de tension superficielle et des interactions complexes entre les fluides.

Nous avons pu créer un modèle dont la robustesse a été démontrer par comparaison entre les résultats de simulation obtenu avec le code Ansys Fluent et le code OPENFOAM.

Nous avons pu optimiser le design des équipements pour éliminer les zones non aspergées, garantissant ainsi une couverture totale et une décontamination optimale. En outre, l’utilisation d’un jumeau numérique a permis de définir les cycles de lavage en temps masqué, améliorant ainsi l’efficacité du processus de production.