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2016-10-06 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
ANSYS CFX
| ANSYS CFX是一款高端的、通用的流體動力學軟件,在過去20年來已經(jīng)被用來解決了廣泛的流動問題。ANSYS CFX的核心是其先進的求解技術,這是快速、穩(wěn)健地獲得可靠精確結果的關鍵?，F(xiàn)代化的、高度并行的求解器是大量物理模型的基礎,這些物理模型能虛擬地捕捉任意和流動相關的現(xiàn)象。 |
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適用領域
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● 輻射傳導熱 ● 燃燒與化學反應 |
● 聲學與噪聲 ● 流固耦合 |
功能和特點
直觀、參數(shù)化、自動化的工作流程
ANSYS CFX集成在統(tǒng)一的 ANSYS Workbench平臺下,該平臺已經(jīng)成為工業(yè)界最廣泛、最深入的先進工程仿真技術組合的基礎。這一易用的平臺提供了CAD雙向參數(shù)連接,強大的幾何和網(wǎng)格工具,自動的項目級更新機制,遍布各處的參數(shù)管理,多場仿真管理,以及集成的優(yōu)化工具。ANSYS CFX提供了CFD仿真中史無前例的生產(chǎn)力,實現(xiàn)仿真驅動產(chǎn)品設計。
● 無需繁瑣的返工即可快速地準備流動分析所需設備/過程的幾何
● 避免了相同數(shù)據(jù)模型的復制,而是在基本流動之外的物理場間一致性地共享這些數(shù)據(jù)
● 很容易定義幾何、網(wǎng)格、物理和后處理的一系列參數(shù)變化,只點擊一次鼠標即可自動得到一系列新的CFD結果
● 通過增加對可變性和設計敏感度的理解,改進了設備/過程的質量
● 容易設置并運行多物理場仿真
網(wǎng)格靈活
ANSYS CFX軟件的網(wǎng)格具有完全的靈活性,包括能相對容易地對復雜幾何生成非結構網(wǎng)格來求解流動問題。所支持的網(wǎng)格類型包括三角形、四邊形、四面體、六面體、五面體和棱柱體(楔形)。ANSYS Workbench允許你讀入自己的CAD幾何,在ANSYS DesignModeler中準備為CFD所用,在ANSYS Mesh部件中自動或手動劃分網(wǎng)格。
被證實的求解技術和精確的數(shù)值算法
ANSYS CFX能穩(wěn)健高效地求解所有的物理模型和流動類型,包括穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài),不可壓縮或可壓縮流動(從低亞音速流到超高音速),層流或湍流,牛頓流或非牛頓流,理想氣體或真實氣體。
要對工業(yè)CFD遇到的各類情況都能穩(wěn)健精確的解答,必須關注離散格式。ANSYS CFX軟件缺省的高精度離散格式同時考慮了穩(wěn)健和精確。自適應的中心有界數(shù)值格式能局部調整,在保證計算穩(wěn)定的條件下讓離散格式盡可能地接近二階。
湍流模型
● 精確有效地捕捉湍流效應
● 多種常見的雙方程模型和雷諾應力模型
● 提供創(chuàng)新的模型來求解層流到湍流的轉捩
● 大量的尺度解析湍流模型
● 嵌入式LES(E-LES)選項
傳熱和輻射
在許多工業(yè)設備像渦輪葉片、發(fā)動機缸體和燃燒室,以及建筑和結構中,優(yōu)化傳熱都是關鍵的。在這些應用中,其核心是精確地預測對流傳熱,其中很多情況下,對固體內的熱擴散和輻射傳熱也起著重要的作用。
ANSYS CFX軟件具備最新的共軛傳熱(CHT)技術,把流體動力學和固體材料的內部導熱聯(lián)合起來計算。CHT區(qū)域中固體域的網(wǎng)格可以單獨劃分,然后用通用網(wǎng)格界面(GGI)和任意非一致網(wǎng)格粘接起來。相關的其它功能包括考慮通過薄擋板的導熱、固體間接觸面的熱阻、固體表面鍍膜的熱阻、以及由于運動引起的CHT固體域的對流換熱。
ANSYS CFX引入了豐富的模型來計算各類流體和固體間的輻射傳熱,包括全透明、半透明或不透明輻射。為了把效率最大化,在輻射場變化小的區(qū)域,輻射網(wǎng)格能自動粗化。它也可以考慮散射的影響。
多相流
● 能洞察難以測量的設備內部
● 能捕捉多個相間的相互作用
● 拉格朗日顆粒輸運模型
● 用歐拉多相流模型分別求解各相的方程組,或者用更經(jīng)濟的混合相模型
● 歐拉多相流模型具備豐富的選項來求解質量、動量和能量交換
化學反應和燃燒
● 提供了豐富的架構來模擬伴隨化學反應和燃燒的流動
● 提供了適用各種情況的完整模型
● 提供了渦耗散模型(EDM)和有限速率反應(FRC)模型
● 提供了實用且有效的方法,用來描述幾百種組分的詳細化學反應,而無需求解幾百個輸運方程組
● BVM模型和層流小火焰PDF模型耦合后,可以模擬火焰后端面的混合和反應
● 擴展連貫小火焰模型(ECFM)適用于燃料和氧化劑預混或局部預混
旋轉機械
● 具有精確、穩(wěn)健和有效的模型和架構,用來模擬所有類型的水泵、風扇、壓縮機、燃氣渦輪和水輪機
● 對于旋轉機械設計和分析提供了多個產(chǎn)品
● 有專用的前后處理工具
● 瞬態(tài)的轉子—靜子功能以最大精度解析了部件間的真正瞬態(tài)相互影響
● 更簡單的Stage級間模型的求解比全瞬態(tài)轉子—靜子模型更快速
● 要精確捕捉動靜部件間的瞬態(tài)相互作用,有不同的選項
● 具有凍結轉子模型
流固耦合
● 可以模擬固體運動對流動的影響
● 可以很容易設置流固耦合(FSI)仿真
● 允許很大的邊界位移
● 按需自動重新劃分網(wǎng)格的選項
侵入固體方法
浸入固體方法是ANSYS CFX中一種附加的FSI功能,由于該方法避免了網(wǎng)格變形和重新劃分,因此能模擬固體在流體域內無限制的運動。當浸入的固體在流體域內運動時,重疊區(qū)域的流場解會通過施加適當?shù)脑错椷M行調整,以反映固體的存在。固體的運動可以由用戶靈活定義,或者由ANSYS CFX的剛體求解器獲得。
ANSYS CFX中完全集成了隱式6自由度剛體求解器,在給定剛體的質量和轉動慣量后,施加在剛體上的力和力矩的計算結果能讓邊界、域、子域實現(xiàn)運動。其應用包括油箱從飛機分離、船體在波浪影響下的運動等。
強大可擴展的高性能計算能力
ANSYS CFX提供了強大的、可擴展的高性能計算(HPC)能力。用戶可以用ANSYS CFD HPC的并行來處理更可信的CFD模型,包括更復雜的幾何細節(jié)(如全360度葉片流道而不是單流道),更復雜的物理(如瞬態(tài)湍流而不是穩(wěn)態(tài)湍流模型)組成的系統(tǒng)。結果是加強了對產(chǎn)品性能的洞察,而用其它方法都無法進行這種洞察。對細節(jié)的理解能產(chǎn)生巨大的商業(yè)益處,揭示可能導致產(chǎn)品失敗或隱性故障的設計問題。使用HPC理解產(chǎn)品性能的細節(jié)能為設計提供信心,幫助產(chǎn)品在市場取得最終成功。
通過加快單個CFD仿真的計算時間,ANSYS CFD HPC增加了產(chǎn)出。這能實現(xiàn)考慮多個設計思路,提供在設計早期就做出正確的決定。使用ANSYS CFD HPC能幫助工程人員更有效地開發(fā)幾乎任何產(chǎn)品。
ANSYS CFX引入了針對最新的多核處理器的優(yōu)化,極大地從最新的處理器架構、伴有優(yōu)化通訊的分區(qū)算法、不同處理器間的動態(tài)負載平衡中受益。ANSYS CFD HPC易于使用且在多個系統(tǒng)中如期工作,包括從多核工作站到高端的HPC集群。
材料屬性
流動條件會影響材料的詳細行為,如壓力或溫度對CFD結果的精度有關鍵的影響。ANSYS CFX提供廣泛的材料模型選項,確保沒有什么能阻止獲得最高可信結果。
針對大范圍的液體、氣體和固體,ANSYS CFX有豐富的材料屬性庫。理想流體和真實流體都能用成熟的高級狀態(tài)方程來模擬。對粘性和導熱系數(shù)也有很多關系式,如基于動力學理論的薩姆蘭公式。對非牛頓流體,提供了豐富的粘性模型來考慮與剪切應變相關的行為。
假設某個仿真使用了專有材料,或其它材料庫中所沒有的材料,用戶能用ANSYS CFX環(huán)境的靈活性和CEL的強大功能容易地定義任何新材料,或者定義材料屬性和流場條件如壓力、溫度、剪切應變速率等的依存關系式。用戶能直接在CFX-Pre界面里,用簡單的CEL語法輸入代數(shù)表達式,實現(xiàn)定制模型,而不需單獨的外部程序。這就像在紙上寫下來一樣直接。
定制和全項目范圍腳本
ANSYS CFX軟件提供了許多定制和自動化的選擇,包括用戶定義擴展GUI,能讓高級用戶用面向應用的語言和示意圖來創(chuàng)建定制的輸入面板;包括可定制的模型庫,有對復雜或重復使用案例的預先設置;包括宏和錄制文件的批處理;包括能接入Perl編程語言,實現(xiàn)最大限度的編程。
CFX表達式語言(CEL)和CFX命令語言(CEL)是ANSYS CFX靈活性和用戶環(huán)境的基礎。
CEL語言是一個強大的定義式語言,允許用戶在標準ANSYS CFX界面里快速直接地加入自己的定制模型。例如,用戶能用CEL加入新的物理模型,創(chuàng)建額外的求解變量,定義屬性關系式,設置邊界條件和分布。CEL的語法直觀易學,包括許多預定義函數(shù)和操作,能用幾種方法容易地定制仿真。
CCL是直觀的基于文本的命令文件,可用它替代圖形界面接入求解器、施加物理問題、定義邊界條件和設置求解參數(shù)。通過編輯命令文件,改變適當?shù)臄?shù)值,可以做快速的參數(shù)化研究。這讓ANSYS CFX軟件可以在批處理方式下運行,或集成在優(yōu)化和設計系統(tǒng)中。
此外,CEL和CCL函數(shù)能被集成在ANSYS Workbench(全項目范圍)腳本工具中。在這點上,用腳本工具做參數(shù)/文件/數(shù)據(jù)管理以及設計探索研究能大大提高效率。
后處理和數(shù)據(jù)輸出
ANSYS CFX的后處理工具能產(chǎn)生有意義的圖片、動畫和報告,讓流體動力學結果的表達更容易。透明和不透明面、跡線、矢量圖、云圖、自定義變量和場景構建只是后處理特征的一部分。求解數(shù)據(jù)能輸出到 ANSYS CFD-Post、第三方后處理軟件或CAE軟件中做進一步的分析。在 ANSYS Workbench 環(huán)境中,ANSYS CFX求解數(shù)據(jù)能把熱或壓力載荷映射到ANSYS仿真上。在單獨模式中,ANSYS CFX能把面上的結構和熱載荷,以及體溫度輸出給第三方FEA網(wǎng)格。
知識管理已就緒
ANSYS CFD技術已經(jīng)可以和 ANSYS 工程知識管理(EKM)一起使用了。ANSYS EKM系統(tǒng)應對仿真數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)。它通過管理重要的仿真數(shù)據(jù)來幫助工程師,包括歸檔、備份、可追蹤、保持審核記錄、合作和知識產(chǎn)權保護。通過這些功能適當?shù)夭蹲紸NSYS CFD仿真獲得的知識,并準備好將之用于企業(yè)的工程過程。
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