ANSYS流體分析解決方案（二）

2016-10-23  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網

各種分析功能

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent是全球排名第一的通用流體動力學(CFD)商業(yè)軟件。從CFD的初學者到專家都可以放心使用。ANSYS Fluent可以獨立運行,也可以集成在ANSYS Workbench中運行。利用該集成環(huán)境,Fluent可與其它CAE軟件方便地交互數(shù)據(jù)、進行結構優(yōu)化分析、執(zhí)行流固耦合解析。

應用實例

數(shù)值解析和相關功能

• 二維平面、二維軸對稱、帶旋流的二維軸對稱、三維流動分析

• 穩(wěn)態(tài) / 瞬態(tài)流動

• 網格創(chuàng)建

通用的非結構化網格求解器,亦可使用多面體網格。

• 求解器

基于壓力的求解器(分離式、耦合式)和基于密度的求解器(隱式算法、顯式算法)。多種求解器支持求解大范圍馬赫數(shù)內的流動。

• 對流項離散格式

一階/二階迎風格式、三階精度 MUSCL 格式、乘方格式、QUICK、中心差分格式(LES 使用)。

• 并行計算

超過 10,000 核的并行支持。

• 網格自適應

• 慣性或非慣性坐標系中的多基準坐標系模型、滑移網格模型與移動網格模型

• 移動變形網格

內置移動網格功能,可根據(jù)需要選擇多種網格移動變形模式。因此,可以靈活應對流體計算中出現(xiàn)的非常復雜的形狀變化。可通過用戶自定義程序 (UDF) 便捷定義剛體的六自由度運動。

• 流固耦合分析

可在 Workbench 環(huán)境下輕松實現(xiàn)與 ANSYS Mechanical 的單向或雙向

耦合計算。

• 電磁 - 熱耦合計算

可在 Workbench 環(huán)境下輕松實現(xiàn)與 ANSYS Maxwell 的單向或者雙向

耦合計算。

• 網格的變形功能

物理模型和物理屬性

• 無粘流、層流、湍流。

主要的湍流模型包含 Spalart-Allmaras,Strandard/RNG/Relizable k-epsilon,Standard/SST k-Omega, V2F, RSM, Transition k-kl-Omega, Transiti on SST, SAS, LES(各種 SGS 模型),DES 以及多種低雷諾數(shù)湍流模型。軟件還內置了多種近壁面流動的處理方法。

• 牛頓流體、非牛頓流體

• 強制/自然對流、共軛換熱、輻射傳熱

輻射計算內置了五種模型。特別地,通用性極強的Discrete Ordinates 模型,可以求解復雜的輻射傳遞過程,如鏡面反射、透射、界面折射、散射以及非灰體的輻射。需要提及的是,大規(guī)模分析時可借助于 ANSYS Fluent 卓越的并行計算能力降低分析時間。

• 多組分混合、燃燒和化學反應

軟件包含多種專門用于處理復雜化學反應(燃燒)的剛性求解器。同時,內 置 多 種 化 學 反 應 模 型,如 EDC、EDM、PDF、Laminar Finite-Rate、Composition PDF、Premixed Combustion(Zimont/Peters)、Partially Premixed Combustion 模型。軟件亦可直接導入 CHEMKIN 格式的反應和物性數(shù)據(jù)庫。

• 自由表面流/多相流、基于拉格朗日方法的離散相模型

內置多種多相流模型處理不同的多相混合輸運問題。多相流模型可支持可壓縮介質、亦可支持三相以上的復雜多相流系統(tǒng)。另外,對于自由表面流,軟件提供了高解析度的跟蹤技術。

• 離散單元法

基于離散單元法(DEM)求解顆粒相運動。

• 液膜模型

• 空化模型

• 相變模型 凝固 / 融化模型

• 多孔介質模型可解釋各向異性的阻力模型。

• 考慮傳熱時可支持局部熱平衡模型與局部熱不平衡模型。

• 以風扇、散熱器、熱交換器為對象的集中常數(shù)模型

• 面向旋轉機械的各種相關功能

• 噪聲模型

包含幾乎所有聲學分析功能:直接計算方法(CAA)、聲類比方法(FW-H)、寬帶噪聲源模型、與專業(yè)聲學軟件的耦合功能(SYSNOISE/ACTRAN)。

• 物性數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)接口和自定義程序。

• 網格數(shù)據(jù)導入

可從主流的網格生成軟件直接導入網格數(shù)據(jù)。

• 后處理數(shù)據(jù)接口

可將結果輸出至 Tecplot、Ensight 等主流的結果可視化軟件中進行

處理。

• 用戶定義的方程式

• 質量、運動量、熱、物質的體積源項

• 用戶自定義程序(UDF)開發(fā)

基于C語言的靈活的二次代碼開發(fā)。

• 附加模塊

燃料電磁模塊(PEMFC、SOFC)、磁流體模塊(MHD)、連續(xù)纖維模型、

相群平衡模型(PBM)、電池模型、伴隨求解器等各個模塊。

ANSYS CFX

20年以上服務全球領先企業(yè)的歷史。特別地,CFX在旋轉機械和多相流所涉及的工程領域獲得了巨大的聲譽。

應用實例

數(shù)值解析和相關功能

• 二維平面流動、三維流動

• 定常 / 非定常流

• 網格支持

支持一般的非結構化網格。使用基于節(jié)點的離散化方法,使普通網格具備與多面體網格一樣的優(yōu)點。

• 求解器

基于壓力的耦合求解器與代數(shù)多重網格的組合是 CFX 求解器最大的特征。與其它方法相比,求解器的魯棒性及其對低質量網格的兼容性,使得 CFX 在大規(guī)模復雜問題分析時顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。因為是單一求解器,CFX 的所有物理模型都與求解器兼容。軟件也內置了六自由度剛體解算器。

• 差分格式

一階/二階以及混合階迎風格式,有界高分辨率差分格式。

• 并行計算

• 網格適應(自適應網格)

• 移動變形網格

• 重疊網格技術

• 流固耦合計算

ANSYS Workbench 環(huán)境下ANSYS Mechanical聯(lián)合求解,MFX可提供隱式的時間推進。

物理模型和物性

• 層流、湍流

配備了與 ANSYS Fluent 同樣的大量湍流模型和近壁面流動的處理方法。

• 牛頓流體、非牛頓流體

• 強制 / 自然對流、共軛換熱、輻射傳熱

• 多組分混合、燃燒和化學反應

• 自由表面流 / 多相流、基于拉格朗日方法的離散相模型

有豐富的模型。數(shù)值求解穩(wěn)定(體積分數(shù)方程也可置于耦合求解的框架之下)。對于必須了解氣泡直徑分布的問題 ,MUSIG 提供了非常獨特并且有效的方法。此外,也可求解常見的空化問題。

• 相變模型

• 多孔介質模型可解釋各向異性的阻力模型。

• 風扇、散熱器等設備的集總模型

• 旋轉機械

專用前后處理功能模塊,針對旋轉機械進行特別優(yōu)化的高魯棒性求解器,相關的模型與功能(湍流模型、動靜葉干擾、蒸汽物性、流固耦合)。

• 噪聲模型

直接計算方法(CAA)、與專業(yè)的聲學軟件耦合的功能、基于單個風扇的穩(wěn)態(tài)流場解的 Lawson 模型。

• 物性

內置國際標準 IAPWS-IF97 的水和水蒸汽物性數(shù)據(jù)。

• 可計算流體 - 固體間熱移動的多孔模型

數(shù)據(jù)接口和自定義程序

• 操作環(huán)境

可單獨運行 CFX,也能夠在 ANSYS Workbench 集成環(huán)境下運行。在 Workbench 環(huán)境下,可與 ANSYS 其它 CAE 產品輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,進行優(yōu)化、流固耦合分析。

• 網格數(shù)據(jù)導入

可從主流的網格生成軟件直接導入網格數(shù)據(jù)。

• 后處理數(shù)據(jù)接口

可將結果輸出至 Tecplot、Ensight 等主流的結果可視化軟件中進行處理。

• 用戶自定義程序開發(fā)

與位置、時間等相關的物理特性、初始條件等的定義?？梢栽趫D形界面中以簡單的公式直接設定,且可圖形化檢查,使用戶可以輕松實現(xiàn)。

• 質量、動量、能量、化學組分方程體積源項的用戶自定義 FORTRAN 程序

基于 FORTRAN 語言的源代碼,降低用戶二次開發(fā)的難度。

ANSYS Polyflow

ANSYS Polyflow 是基于有限元法的粘性、粘彈性流體動力學分析軟件。Polyflow 提供了一個創(chuàng)造性的通用求解環(huán)境,將豐富求解功能集于一身,使得用戶靈活、準確地進行成型模擬成為可能。它適用于塑料、樹脂等高分子材料的擠出成型、吹塑成型、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動及傳熱和化學反應問題。另外也可用于模擬聚合物的流動問題。

應用領域

ANSYS Polyflow 具有強大的解決非牛頓流體及非線性問題的能力,且具有多種流動模型,可以解決聚合物、食品、玻璃等加工過程中遇到的多種等溫 / 非等溫、二維 / 三維、穩(wěn)態(tài) / 非穩(wěn)態(tài)的流動問題,可以用于聚合物的擠出、吹塑、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動、傳熱和化學反應問題。

• 模具設計

• 擠出成型?發(fā)泡擠出

• 吹塑成型

• 熱成型?真空成型

• 壓縮成形

• 纖維成型

• 薄膜成型

• 螺桿擠出機(1 軸,2 軸,多軸)

• 電線涂覆

• 多層模頭?多層共擠

• 玻璃熔融成型

功能

ANSYS Polyflow 采用了高斯消元法直接求解方程。確保高分子材料加工以及玻璃成型等復雜流動問題得到了收斂。針對業(yè)內常見的各種問題如畸形網格、固體部件的復雜運動以及自由表面和模具之間的接觸檢測等,POLYFLOW 擁有先進的技術處理方案。

• 2-D、2.5-D、2-D 軸對稱、2-D 旋轉軸對稱、3-D、3-D 薄殼、2-D 薄膜

• 穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)及演化分析(連續(xù)性技術)

• 牛頓流體(包含降伏強度流動)

• 多模態(tài)粘彈性流 ( 微分型?積分型 )

• 自然 / 強制 / 混合對流、共軛傳熱、在移動固體中熱傳導、電熱模式

• 自由表面

• 自適應網格

• 靜態(tài)與動態(tài)接觸點

• 網格重疊技術

• 化學反應及混合

• 多孔介質

• 流固耦合求解

• 內部移動邊界

• 逆向擠出或拉出

ANSYS Icepak

ANSYS Icepak 是面向工程師的專業(yè)電子產品熱分析軟件。借助Icepak的分析,用戶可以減少設計成本、提高產品的一次成功率,改善電子產品的性能、提高產品可靠性、縮短產品的上市時間。它可求解芯片級、封裝級、板級、機箱機柜級、環(huán)境級等全范圍的電子散熱問題。Icepak的求解器采用著名的ANSYS Fluent,保證其出色的穩(wěn)定性、精確性和對大型問題的高性能計算的支持。

功能

• 模型生成

友好界面和操作、基于對象建模、各種形狀的幾何模型、大量的模型庫、豐富的ECAD數(shù)據(jù)接口、專用的CAD軟件接口DesignModeler;這一切都保證了Icepak建模,尤其是對于復雜系統(tǒng)建模的快捷與準確。

• 網格生成

具有自動化的非結構化網格生成能力,可以快速生成笛卡爾網格和貼體的六面體網格。先進的多級六面體主導網格劃分技術可為用戶提供更強大的網格剖分能力。只需點擊生成按鈕,用戶即可對復雜模型,甚至是MCAD軟件中生成的帶有復雜曲面的模型。

• 計算

Icepak借助于著名的ANSYS Fluent求解器。ANSYS Fluent擁有卓越的穩(wěn)定性。對于大規(guī)模問題,其并行計算能力非常優(yōu)異。在新的版本中,Icepak還可以借助于Fluent的GPU加速功能進行再加速。

• 結果后處理

計算結束,用戶可在Icepak環(huán)境中查看溫度分布、氣流組織、關鍵的數(shù)值等重要的散熱設計數(shù)據(jù)。

• GUI

Windows風格的操作界面?；趯ο蟮慕７绞?。所見即所得的操作方式。

• 自動網格生成

自動生成連續(xù)/非連續(xù)的笛卡爾直角網格、非結構化貼體六面體網格、六面體主導的貼體網格。Icepak還可支持多級六面體主導網格的生成,使得它對復雜曲面幾何的處理更加得心應手。

• 薄板傳熱模擬

對于薄板,Icepak 可以將其處理為無厚度的傳熱器件,但計算時可將其厚度方向與平面方向的導熱納入傳熱分析的考慮范圍,該模型的精度幾乎可以與完整的三維模擬媲美。

• 多流體解析

可同時求解多種流體存在的傳熱案例,如水冷設備的冷卻(自由表面流、多相流除外)。

• 焦耳熱分析

可設定與溫度相關的電阻率,求解穩(wěn)態(tài) / 瞬態(tài)情況下任意形狀的焦耳熱問題。

• 風扇 MRF(Multiple Reference Frame) 模型

基于真實風扇的三維 CAD 模型對風扇流場進行求解,結果更加逼真。

• 多組分擴散解析

可求解多種化學組分在流場內的分布與擴散。針對水蒸氣存在的情況可計算相對濕度。

• 溫度相關的功耗分析

某些半導體設備的發(fā)熱量明顯與溫度相關,Icepak 可以輕松處理此類

問題。由于可以設置正向電壓溫度特性,因此也可用來分析 LED。

• 熱網絡模型

可自動抽取 DELPHI 熱網絡模型。也可以編輯、使用任何形式的熱網絡模型。

• 太陽輻射模型

可模擬建筑物或者室外設備受太陽輻射的熱影響。

• TEC 分析

可進行 TEC 選型與溫度校核。

• 物性數(shù)據(jù)、IC 封裝、風扇、散熱器等數(shù)據(jù)庫

內置標準的電子散熱常用的物性數(shù)據(jù)和 IC 封裝,散熱器,風扇等各種數(shù)據(jù)庫。

• CAD 數(shù)據(jù)接口

ECAD可直接導入 IDF2.0/3.0 進行 PCB 的建模。亦可導入 MCM/Sip、ODB++、Gerber、ANF 等多種主流的 ECAD 文件格式進行建模。軟件可以根據(jù)導入的Trace數(shù)據(jù)進行局部導熱系數(shù)的評估。

MCADANSYS DesignModeler 支持將 SETP、IGES、ProE、Solidworks、UG、Catia 等多種形式的 CAD簡化并轉化為 Icepak 所識別的數(shù)據(jù)。

• ANSYS 電磁 - 熱耦合模擬

ANSYS HFSS、Maxwell、Q3D Extractor、SIwave 的電磁損失可以直接導入 Icepak 進行電磁 / 熱耦合計算。Icepak 還可將溫度反饋回 SIwave 進行雙向耦合計算。

• ANSYS Simplorer 聯(lián)合求解

ANSYS Icepak 的算例可以嵌入 ANSYS Simplorer,構成系統(tǒng)計算中的一個節(jié)點?；蛘?Simplorer 可根據(jù)Icepak 的計算結果抽取出等效的熱網絡模型,這使得 IGBT 等器件的快速熱模擬成為可能。

• IC 封裝模型

Icepak 可以通過 ALinks for EDA 導入各種 ECAD 軟件生成的 IC 封裝模型。它也可以執(zhí)行基于JEDEC 標準的自然對流、強制對流解析,支持 DELPHI 熱網絡模型的使用和抽取。

• 與 IC 芯片功耗評估工具的耦合

Icepak 可與 Apache Sentinel-TI、Gradient Firebolt、Cadence Encounter 等工具耦合計算 IC 芯片功耗。

• OS 支持

軟件支持 Windows、Red Hat、SUSE Linux 等多種 OS 平臺。

• 并行計算

可利用 ANSYS HPC、ANSYS HPC Pack等組件進行并行加速計算。

• ANSYS CFD-Post

可利用 ANSYS CFD-Post進行更為專業(yè)的后處理,尤其是可以生成效果更佳的圖片和動畫。

• 參數(shù)分析與優(yōu)化?DesignXplorer

幾乎所有的計算變量都可以設置為參數(shù)分析、優(yōu)化的對象。借助于 DesignXplorer,用戶還可執(zhí)行高效的響應面優(yōu)化。

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