ANSYS流体分析解决方案（三）

2016-10-23  by:CAE仿真在线  来源:互联网

后处理

ANSYS CFD-Post

ANSYS CFD-Post软件可以用于所有 ANSYS流体动力学软件的通用后处理,满足显示和分析流体动力学结果的所有需要。这些强大功能包括结果可视化沟通的图像生成,显示和计算数据的量化后处理,简化重复工作的自动化,及批处理运行的能力。此外,CFD-Post还内置了专业的旋转机械后处理模块,可迅速生成旋转机械行业所熟悉的各类数据、图片、动画与报告。

一般后处理功能

・多个结果数据同时导入处理

・对象拖动和动态亮度调节

・单击鼠标右键激活快捷菜单

・记录操作和回放显示状态

・批量操作

・积分、平均、逻辑操作,使用宏的后处理操作

・Volume Rendering:全区域的物理量可视化处理

数据导入和导出

・ANSYS CFX、ANSYS Fluent、ANSYS Mechanical 等结果的读取

・显示图像的输出・三维动态视图输出(可嵌入PowerPoint等演示文档)

・针对ANSYS Fluent数据的特别改进,提高数据插值精度,支持ANSYS Fluent的粒子追踪

图形功能

・多窗口浏览

・内置或用户定义的显示

・面、线、点结果的可视化和输出

・轮廓、流线、矢量的显示

・XY图(沿线的变化,随时间的变化等)

・灯光效果、透明度、纹理效果的控制

・二维、三维文本标签和说明

・Stereo Viewer 的对应

动画

・快速动画生成(平面、等值面、时间步进等)

・关键帧动画・MPEG自动生成

定量计算

・交互式数据计算

・加权平均和积分、力与扭矩的计算

・用户可定义上述计算所需的函数表达式

・添加用户自定义变量

・使用内置电子表格创建表格

旋转机械专用后处理功能

・叶片间、子午面的结果显示

・圆周平均

・圆柱坐标向量

・旋转机械专用的性能评估宏和报告模板

流固耦合分析

流固耦合(FSI)分析

ANSYS FSI 为设计师提供了灵活、便捷、稳健的流固耦合分析工具。FSI 的分析需求广泛存在于航空航天(机翼颤振)、土木建筑(结构风载荷)、生物医学(血管支架)等行业之中。作为面向 FSI 的数值分析供应商,提供最灵活的高级流固耦合分析(FSI 分析)工具。使用 FSI 可让设计人员根据市场的需要,拓展产品性能,并保持产品的质量和可靠性。在很多行业中,FSI 分析变得越来越重要。

ANSYS FSI 基于 ANSYS Mechanical 和 Fluent/CFX 模块之上,可通过专用的耦合算法实现结构和流体分析的耦合。ANSYS 的耦合方案包括了直接耦合与顺序耦合。对于顺序耦合,可以根据需要进行单向耦合计算与双向耦合计算。

单向 FSI 分析

在一些工程问题中,流场对结构有着明显的影响,电磁场对于流场有着明显的影响,但是反过来结构对流场、流场对电磁场的影响却很小。对于此类问题,只需要单向地将前一物理场的结果传递到后一物理场,并将其作为边界条件,由后一求解器进行分析即可。这类耦合分析就是单向耦合计算。ANSYS Mechanical 与 ANSYS FLUENT、 ANSYS CFX、ANSYS Icepak 均可进行单向 FSI 分析。其中,单向 FSI 分析中最常见的应用就是热应力问题。ANSYS Workbech 环境提供给上述软件稳定、通用的数据交换接口,使得单向 FSI 的分析变得非常的简单。

在另一些工程问题中,流场与结构的相互作用非常明显,流场明显地影响了结构的变形,结构的变形也明显地改变了流场的特性。这时,设计师将需要双向 FSI 来帮助他分析此类问题。例如,航空航天中的机翼颤振、汽车发动机盖的振动、风载荷作用下的建筑物的振动、生物医学中血管的膨胀和收缩与其中的血液流动。此类问题要求必须在同一时间内ANSYS Mechanical 与 ANSYS Fluent/CFX 进行双向的负荷传递,并在两个求解器内同时计算。

ANSYS Mechanical 与 ANSYS Fluent/CFX 双向耦合的独特之处就在于耦合过程中的数据交互是内部自动建立的,无需第三方的耦合软件。ANSYS 提供了真正的双向流固耦合求解技术,可针对运动 / 变形几何进行稳态、瞬态分析。

ANSYS Workbehcn 环境提供了单向FSI和双向FSI耦合分析所需要的强大功能,包括自动的数据交换以及专业的后处理。特别的,ANSYS Workbench 还提供了专业的后处理,可查看稳态/瞬态FSI分析的结果,并可同时浏览流场分析与结构分析的结果,并输出相应的动画。

ANSYS Workbench环境下的System Coupling提供了配置ANSYS Mechanical与ANSYS Fluent FSI分析所需的功能与参数,可高效完成复杂的FSI分析。在单向 FSI 分析时,不仅表面信息可以通过ANSYS Workbench传递至ANSYS Mechanical中,体积内的数据也可进行传递与共享。

车身周围的气流组织

PCB板热分析

FluentDyson Air Multiplier 无叶风扇

发动机–机身干扰阻力分析

显卡热流体分析

燃气轮机燃烧器

动力电池

带风扇的散热器冷却分析解析

IGBT热分析

螺杆挤出机模拟

多相燃烧

动脉瘤内剪切力来分析

动脉瘤内的血液流动

动脉瘤内的血液流动

火车动力装置的冷却风扇

核反应堆蒸汽发生器

泳衣的 CFD 分析

选项模块

ANSYS 高级网格划分模块

ANSYS ICEM CFD 和ANSYS Fluent Meshing(原 TGrid)是ANSYS出品的两款高端网格生成工具。

ANSYS ICEM CFD

ANSYS ICEM CFD软件的网格划分开始于先进的CAD/几何读取接口和修补工具,使用户花费最少的精力即可快速步入到多样化的几何容差网格划分器和生成高质量的体积网格和表面网格。ANSYS ICEM CFD是完整的网格解决方案,包含先进的网格诊断、交互和自动化网格编辑功能。它生成的网格可输出到世界流行的所有计算流体动力学(CFD)、有限元分析(FEA)求解器、电磁场求解器中。ANSYS致力于提供一个多样化的灵活工具,使得用户可以在一个现代的完全脚本化的环境中完成从任意几何模型输入到任意求解器输出。

模型处理时间缩短

・直接导入主流CAD数据

・大量的造型修改、简化功能

・强大的中面抽取功能

・简单、强大的模型树管理

加速网格生成速度,减少前处理时间

・无论是四面体还是六面体网格生成,都可直接跳过细微的几何间隙

・多CPU并行生成网格技术

・参数化的六面体网格生成功能

・强大的表面单元生成功能

操作便捷的网格质量编辑功能

・丰富的网格质量诊断技术和标准

・可交互式操作的网格质量柱状图

・颜色标识的网格质量与区域网格质量编辑

・自动网格粗化和光顺简捷的模型设定

・载荷、约束、物性、边界条件设定

・各种CAE软件格式文件的导入导出,如ANSYS结构类分析软件、ANSYS LS-DYNA、Nastran、 ABAQUS 等

求解器支持

・ANSYS CFX、ANSYS Fluent、STAR-CD等100种以上的求解器支持

ANSYS Fluent Meshing

ANSYS Fluent Meshing(原 TGrid) 是专业的 CFD 网格生成工具,且已完全融入 ANSYS Fluent 的环境。用户可以在 ANSYS Fluent 的环境中可以实现完整的网格生成、设置、求解、后处理等 CFD 分析全过程。

ANSYS Fluent Meshing 适用于非常复杂的几何模型。它可以在复杂和非常庞大的表面网格上快速生成非结构化的四面体网格以及六面体核心网格。

Fluent Meshing 提供稳健、快速的边界层网格生成工具,它包含冲突检测和尖角处理等复杂情况的自动处理功能。Fluent Meshing 最新的表面网格包裹功能,可以在复杂几何表面上直接生成高质量的、基于尺寸函数的连续三角化表面网格。

Fluent Meshing 方便的网格质量诊断工具使得对网格大小和质量的检查非常简单。它还内置手动、自动两种网格质量编辑功能,可快速对大模型进行网格修复,获得高质量的网格。

Fluent Meshing 的健壮性及自动化算法节省了前处理时间,提高了使用

ANSYS FLUENT 软件进行计算流体动力学分析的效率。

表面网格操作

单独/批量对网格节点进行删除、复制等操作

・检查和高亮标记坏质量网格

・基于节点创建面网格、删除、移动、分割、合并、光顺、交换等节点操作

・边界分割、周期边界创建

金字塔网格生成

・通过指定初始高度、层数、增长率生成三棱柱

・通过布局使变形最小的节点生成金字塔

三角形和四面体网格生成

・自动生成网格

・光顺、交换、移动节点、删除小块区域改善网格质量

HexCore 混合网格生成

・完全自动化生成的由核心正交网格与四面体网格组成的混合不连续网格

・可以控制核心正交网格的密度

边界层网格

・多种网格渐进模式

・自动探测尖角和边界层冲突,并自动处理

・自动投影到相邻边界

数据接口和操作环境

・内置于 ANSYS Fluent

・数据直接进入 ANSYS Fluent

・易用的 GUI,可编制文本命令流实现功能自动化

・通过日志记录功能实现自动化

・网格导入/导出

Wrapper技术

・快速导入多种 CAD 格式文件

・只能简化复杂模型,快速生成高质量面网格

高性能计算

ANSYS HPC

高性能计算(HPC)通过创建大型的、更逼真的的模型为工程仿真增加了大量价值。高可信度仿真能让工程团队满怀信心地进行创新,其产品将会满足客户期望,因为他们极其精确的仿真预测了真实条件下产品的真实性能。

HPC 也为更大的仿真能力增加价值。使用 HPC 资源后,工程团队不再是仅能分析一个设计方案,而是能分析很多个设计方案。在同时仿真多个设计方案后,研发团队能在设计早期阶段,确定具有显著工程改进的方案,这比单独进行物理实验来得更早,也更有效。

ANSYS HPC 尤其能对最难的、高可信的模型求解(包括更多几何细节、更大的系统、更复杂的物理问题)进行并行处理。应用 ANSYS HPC 理解

详细的产品行为,能为公司提供有信心的设计,帮助产品在市场上取得成功。

此外,ANSYS HPC 的许可权可以应用于 ANSYS 的结构和流体分析产品,这极大地节约了大型用户的资金预算。

并行运算特点

ANSYS Fluent 采用先进的动态负载平衡技术(Dynamic load balancing),使其并行效率提高到同类产品难以企及的水平。另外,ANSYS CFX 引入了针对最新的多核处理器的优化,极大地从最新的处理器架构、伴有优化通讯的分区算法、不同处理器间的动态负载平衡中受益。

I/O 时间常常是拖累高性能计算表现的一个重要负面因素。ANSYS Fluent、ANSYS CFX优化了大规模计算文件的 I/O 算法,在分布式集群计算系统中,获得了优异的 I/O 表现。

运行环境

ANSYS 产品在通用集群环境(Microsoft® Windows® HPC Server 2008 / Linux)下均有大量的应用案例。

面向不同用途的四款 HPC 产品

ANSYS HPC—可使用1个CPU核。

ANSYS HPC Pack—每个HPC Pack允许使用8个CPU核。每增加一个Pack,最大允许使用的CPU核个数是原来的4倍。单个仿真项目最多允许用到 5个Pack(2048)核。

ANSYS HPC Workgroup—分为16,32,64,128, 256, 512, 1024, 2048,4096,8192,16834,32768核几款(允许多个进程分开使用)

ANSYS HPC Enterprise—支持多达128、256、512、1024、2048节点的计算(无论几个进程均可使用)

ANSYS HPC Parametric Pack—参数化设计时分布式计算模块

使用LES和燃烧模型,网格数超过9600万的算例,展示了ANSYS Fluent优异的扩展性

使用ANSYS CFX分析网格数高达1亿五千万的进气模拟案例)

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