ANSYSCFX是干什么用的？

2016-10-06  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

ANSYS CFX

ANSYS CFX是一款高端的、通用的流體動(dòng)力學(xué)軟件,在過(guò)去20年來(lái)已經(jīng)被用來(lái)解決了廣泛的流動(dòng)問(wèn)題。ANSYS CFX的核心是其先進(jìn)的求解技術(shù),這是快速、穩(wěn)健地獲得可靠精確結(jié)果的關(guān)鍵?，F(xiàn)代化的、高度并行的求解器是大量物理模型的基礎(chǔ),這些物理模型能虛擬地捕捉任意和流動(dòng)相關(guān)的現(xiàn)象。

適用領(lǐng)域

功能和特點(diǎn)

直觀、參數(shù)化、自動(dòng)化的工作流程

ANSYS CFX集成在統(tǒng)一的 ANSYS Workbench平臺(tái)下,該平臺(tái)已經(jīng)成為工業(yè)界最廣泛、最深入的先進(jìn)工程仿真技術(shù)組合的基礎(chǔ)。這一易用的平臺(tái)提供了CAD雙向參數(shù)連接,強(qiáng)大的幾何和網(wǎng)格工具,自動(dòng)的項(xiàng)目級(jí)更新機(jī)制,遍布各處的參數(shù)管理,多場(chǎng)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(wú)前例的生產(chǎn)力,實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

● 無(wú)需繁瑣的返工即可快速地準(zhǔn)備流動(dòng)分析所需設(shè)備/過(guò)程的幾何

● 避免了相同數(shù)據(jù)模型的復(fù)制,而是在基本流動(dòng)之外的物理場(chǎng)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(diǎn)擊一次鼠標(biāo)即可自動(dòng)得到一系列新的CFD結(jié)果

● 通過(guò)增加對(duì)可變性和設(shè)計(jì)敏感度的理解,改進(jìn)了設(shè)備/過(guò)程的質(zhì)量

●  容易設(shè)置并運(yùn)行多物理場(chǎng)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(duì)容易地對(duì)復(fù)雜幾何生成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來(lái)求解流動(dòng)問(wèn)題。所支持的網(wǎng)格類(lèi)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(zhǔn)備為CFD所用,在ANSYS Mesh部件中自動(dòng)或手動(dòng)劃分網(wǎng)格。

被證實(shí)的求解技術(shù)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(dòng)類(lèi)型,包括穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài),不可壓縮或可壓縮流動(dòng)(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(shí)氣體。

要對(duì)工業(yè)CFD遇到的各類(lèi)情況都能穩(wěn)健精確的解答,必須關(guān)注離散格式。ANSYS CFX軟件缺省的高精度離散格式同時(shí)考慮了穩(wěn)健和精確。自適應(yīng)的中心有界數(shù)值格式能局部調(diào)整,在保證計(jì)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(yīng)

● 多種常見(jiàn)的雙方程模型和雷諾應(yīng)力模型

● 提供創(chuàng)新的模型來(lái)求解層流到湍流的轉(zhuǎn)捩

● 大量的尺度解析湍流模型

● 嵌入式LES(E-LES)選項(xiàng)

傳熱和輻射

在許多工業(yè)設(shè)備像渦輪葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和燃燒室,以及建筑和結(jié)構(gòu)中,優(yōu)化傳熱都是關(guān)鍵的。在這些應(yīng)用中,其核心是精確地預(yù)測(cè)對(duì)流傳熱,其中很多情況下,對(duì)固體內(nèi)的熱擴(kuò)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(shù),把流體動(dòng)力學(xué)和固體材料的內(nèi)部導(dǎo)熱聯(lián)合起來(lái)計(jì)算。CHT區(qū)域中固體域的網(wǎng)格可以單獨(dú)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(lái)。相關(guān)的其它功能包括考慮通過(guò)薄擋板的導(dǎo)熱、固體間接觸面的熱阻、固體表面鍍膜的熱阻、以及由于運(yùn)動(dòng)引起的CHT固體域的對(duì)流換熱。

ANSYS CFX引入了豐富的模型來(lái)計(jì)算各類(lèi)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(chǎng)變化小的區(qū)域,輻射網(wǎng)格能自動(dòng)粗化。它也可以考慮散射的影響。

多相流

● 能洞察難以測(cè)量的設(shè)備內(nèi)部

● 能捕捉多個(gè)相間的相互作用

● 拉格朗日顆粒輸運(yùn)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(jì)的混合相模型

● 歐拉多相流模型具備豐富的選項(xiàng)來(lái)求解質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換

化學(xué)反應(yīng)和燃燒

● 提供了豐富的架構(gòu)來(lái)模擬伴隨化學(xué)反應(yīng)和燃燒的流動(dòng)

● 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(yīng)(FRC)模型

● 提供了實(shí)用且有效的方法,用來(lái)描述幾百種組分的詳細(xì)化學(xué)反應(yīng),而無(wú)需求解幾百個(gè)輸運(yùn)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(yīng)

● 擴(kuò)展連貫小火焰模型(ECFM)適用于燃料和氧化劑預(yù)混或局部預(yù)混

旋轉(zhuǎn)機(jī)械

● 具有精確、穩(wěn)健和有效的模型和架構(gòu),用來(lái)模擬所有類(lèi)型的水泵、風(fēng)扇、壓縮機(jī)、燃?xì)鉁u輪和水輪機(jī)

● 對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)和分析提供了多個(gè)產(chǎn)品

● 有專(zhuān)用的前后處理工具

● 瞬態(tài)的轉(zhuǎn)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(jiǎn)單的Stage級(jí)間模型的求解比全瞬態(tài)轉(zhuǎn)子—靜子模型更快速

● 要精確捕捉動(dòng)靜部件間的瞬態(tài)相互作用,有不同的選項(xiàng)

● 具有凍結(jié)轉(zhuǎn)子模型

流固耦合

● 可以模擬固體運(yùn)動(dòng)對(duì)流動(dòng)的影響

● 可以很容易設(shè)置流固耦合(FSI)仿真

● 允許很大的邊界位移

● 按需自動(dòng)重新劃分網(wǎng)格的選項(xiàng)

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(nèi)無(wú)限制的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)浸入的固體在流體域內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),重疊區(qū)域的流場(chǎng)解會(huì)通過(guò)施加適當(dāng)?shù)脑错?xiàng)進(jìn)行調(diào)整,以反映固體的存在。固體的運(yùn)動(dòng)可以由用戶(hù)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(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后,施加在剛體上的力和力矩的計(jì)算結(jié)果能讓邊界、域、子域?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)。其應(yīng)用包括油箱從飛機(jī)分離、船體在波浪影響下的運(yùn)動(dòng)等。

強(qiáng)大可擴(kuò)展的高性能計(jì)算能力

ANSYS CFX提供了強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的高性能計(jì)算(HPC)能力。用戶(hù)可以用ANSYS CFD HPC的并行來(lái)處理更可信的CFD模型,包括更復(fù)雜的幾何細(xì)節(jié)(如全360度葉片流道而不是單流道),更復(fù)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(jié)果是加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品性能的洞察,而用其它方法都無(wú)法進(jìn)行這種洞察。對(duì)細(xì)節(jié)的理解能產(chǎn)生巨大的商業(yè)益處,揭示可能導(dǎo)致產(chǎn)品失敗或隱性故障的設(shè)計(jì)問(wèn)題。使用HPC理解產(chǎn)品性能的細(xì)節(jié)能為設(shè)計(jì)提供信心,幫助產(chǎn)品在市場(chǎng)取得最終成功。

通過(guò)加快單個(gè)CFD仿真的計(jì)算時(shí)間,ANSYS CFD HPC增加了產(chǎn)出。這能實(shí)現(xiàn)考慮多個(gè)設(shè)計(jì)思路,提供在設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)幾乎任何產(chǎn)品。

ANSYS CFX引入了針對(duì)最新的多核處理器的優(yōu)化,極大地從最新的處理器架構(gòu)、伴有優(yōu)化通訊的分區(qū)算法、不同處理器間的動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡中受益。ANSYS CFD HPC易于使用且在多個(gè)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(dòng)條件會(huì)影響材料的詳細(xì)行為,如壓力或溫度對(duì)CFD結(jié)果的精度有關(guān)鍵的影響。ANSYS CFX提供廣泛的材料模型選項(xiàng),確保沒(méi)有什么能阻止獲得最高可信結(jié)果。

針對(duì)大范圍的液體、氣體和固體,ANSYS CFX有豐富的材料屬性庫(kù)。理想流體和真實(shí)流體都能用成熟的高級(jí)狀態(tài)方程來(lái)模擬。對(duì)粘性和導(dǎo)熱系數(shù)也有很多關(guān)系式,如基于動(dòng)力學(xué)理論的薩姆蘭公式。對(duì)非牛頓流體,提供了豐富的粘性模型來(lái)考慮與剪切應(yīng)變相關(guān)的行為。

假設(shè)某個(gè)仿真使用了專(zhuān)有材料,或其它材料庫(kù)中所沒(méi)有的材料,用戶(hù)能用ANSYS CFX環(huán)境的靈活性和CEL的強(qiáng)大功能容易地定義任何新材料,或者定義材料屬性和流場(chǎng)條件如壓力、溫度、剪切應(yīng)變速率等的依存關(guān)系式。用戶(hù)能直接在CFX-Pre界面里,用簡(jiǎn)單的CEL語(yǔ)法輸入代數(shù)表達(dá)式,實(shí)現(xiàn)定制模型,而不需單獨(dú)的外部程序。這就像在紙上寫(xiě)下來(lái)一樣直接。

定制和全項(xiàng)目范圍腳本

ANSYS CFX軟件提供了許多定制和自動(dòng)化的選擇,包括用戶(hù)定義擴(kuò)展GUI,能讓高級(jí)用戶(hù)用面向應(yīng)用的語(yǔ)言和示意圖來(lái)創(chuàng)建定制的輸入面板;包括可定制的模型庫(kù),有對(duì)復(fù)雜或重復(fù)使用案例的預(yù)先設(shè)置;包括宏和錄制文件的批處理;包括能接入Perl編程語(yǔ)言,實(shí)現(xiàn)最大限度的編程。

CFX表達(dá)式語(yǔ)言(CEL)和CFX命令語(yǔ)言(CEL)是ANSYS CFX靈活性和用戶(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)。

CEL語(yǔ)言是一個(gè)強(qiáng)大的定義式語(yǔ)言,允許用戶(hù)在標(biāo)準(zhǔn)ANSYS CFX界面里快速直接地加入自己的定制模型。例如,用戶(hù)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(guān)系式,設(shè)置邊界條件和分布。CEL的語(yǔ)法直觀易學(xué),包括許多預(yù)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(wèn)題、定義邊界條件和設(shè)置求解參數(shù)。通過(guò)編輯命令文件,改變適當(dāng)?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(yùn)行,或集成在優(yōu)化和設(shè)計(jì)系統(tǒng)中。

此外,CEL和CCL函數(shù)能被集成在ANSYS Workbench(全項(xiàng)目范圍)腳本工具中。在這點(diǎn)上,用腳本工具做參數(shù)/文件/數(shù)據(jù)管理以及設(shè)計(jì)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(dòng)畫(huà)和報(bào)告,讓流體動(dòng)力學(xué)結(jié)果的表達(dá)更容易。透明和不透明面、跡線、矢量圖、云圖、自定義變量和場(chǎng)景構(gòu)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(jìn)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(dú)模式中,ANSYS CFX能把面上的結(jié)構(gòu)和熱載荷,以及體溫度輸出給第三方FEA網(wǎng)格。

知識(shí)管理已就緒

ANSYS CFD技術(shù)已經(jīng)可以和 ANSYS 工程知識(shí)管理(EKM)一起使用了。ANSYS EKM系統(tǒng)應(yīng)對(duì)仿真數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)。它通過(guò)管理重要的仿真數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。通過(guò)這些功能適當(dāng)?shù)夭蹲紸NSYS CFD仿真獲得的知識(shí),并準(zhǔn)備好將之用于企業(yè)的工程過(guò)程。

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