ANSYS流体分析解决方案（二）

2016-10-23  by:CAE仿真在线  来源:互联网

各种分析功能

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent是全球排名第一的通用流体动力学(CFD)商业软件。从CFD的初学者到专家都可以放心使用。ANSYS Fluent可以独立运行,也可以集成在ANSYS Workbench中运行。利用该集成环境,Fluent可与其它CAE软件方便地交互数据、进行结构优化分析、执行流固耦合解析。

应用实例

数值解析和相关功能

• 二维平面、二维轴对称、带旋流的二维轴对称、三维流动分析

• 稳态 / 瞬态流动

• 网格创建

通用的非结构化网格求解器,亦可使用多面体网格。

• 求解器

基于压力的求解器(分离式、耦合式)和基于密度的求解器(隐式算法、显式算法)。多种求解器支持求解大范围马赫数内的流动。

• 对流项离散格式

一阶/二阶迎风格式、三阶精度 MUSCL 格式、乘方格式、QUICK、中心差分格式(LES 使用)。

• 并行计算

超过 10,000 核的并行支持。

• 网格自适应

• 惯性或非惯性坐标系中的多基准坐标系模型、滑移网格模型与移动网格模型

• 移动变形网格

内置移动网格功能,可根据需要选择多种网格移动变形模式。因此,可以灵活应对流体计算中出现的非常复杂的形状变化。可通过用户自定义程序 (UDF) 便捷定义刚体的六自由度运动。

• 流固耦合分析

可在 Workbench 环境下轻松实现与 ANSYS Mechanical 的单向或双向

耦合计算。

• 电磁 - 热耦合计算

可在 Workbench 环境下轻松实现与 ANSYS Maxwell 的单向或者双向

耦合计算。

• 网格的变形功能

物理模型和物理属性

• 无粘流、层流、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(各种 SGS 模型),DES 以及多种低雷诺数湍流模型。软件还内置了多种近壁面流动的处理方法。

• 牛顿流体、非牛顿流体

• 强制/自然对流、共轭换热、辐射传热

辐射计算内置了五种模型。特别地,通用性极强的Discrete Ordinates 模型,可以求解复杂的辐射传递过程,如镜面反射、透射、界面折射、散射以及非灰体的辐射。需要提及的是,大规模分析时可借助于 ANSYS Fluent 卓越的并行计算能力降低分析时间。

• 多组分混合、燃烧和化学反应

软件包含多种专门用于处理复杂化学反应(燃烧)的刚性求解器。同时,内 置 多 种 化 学 反 应 模 型,如 EDC、EDM、PDF、Laminar Finite-Rate、Composition PDF、Premixed Combustion(Zimont/Peters)、Partially Premixed Combustion 模型。软件亦可直接导入 CHEMKIN 格式的反应和物性数据库。

• 自由表面流/多相流、基于拉格朗日方法的离散相模型

内置多种多相流模型处理不同的多相混合输运问题。多相流模型可支持可压缩介质、亦可支持三相以上的复杂多相流系统。另外,对于自由表面流,软件提供了高解析度的跟踪技术。

• 离散单元法

基于离散单元法(DEM)求解颗粒相运动。

• 液膜模型

• 空化模型

• 相变模型 凝固 / 融化模型

• 多孔介质模型可解释各向异性的阻力模型。

• 考虑传热时可支持局部热平衡模型与局部热不平衡模型。

• 以风扇、散热器、热交换器为对象的集中常数模型

• 面向旋转机械的各种相关功能

• 噪声模型

包含几乎所有声学分析功能:直接计算方法(CAA)、声类比方法(FW-H)、宽带噪声源模型、与专业声学软件的耦合功能(SYSNOISE/ACTRAN)。

• 物性数据库

数据接口和自定义程序。

• 网格数据导入

可从主流的网格生成软件直接导入网格数据。

• 后处理数据接口

可将结果输出至 Tecplot、Ensight 等主流的结果可视化软件中进行

处理。

• 用户定义的方程式

• 质量、运动量、热、物质的体积源项

• 用户自定义程序(UDF)开发

基于C语言的灵活的二次代码开发。

• 附加模块

燃料电磁模块(PEMFC、SOFC)、磁流体模块(MHD)、连续纤维模型、

相群平衡模型(PBM)、电池模型、伴随求解器等各个模块。

ANSYS CFX

20年以上服务全球领先企业的历史。特别地,CFX在旋转机械和多相流所涉及的工程领域获得了巨大的声誉。

应用实例

数值解析和相关功能

• 二维平面流动、三维流动

• 定常 / 非定常流

• 网格支持

支持一般的非结构化网格。使用基于节点的离散化方法,使普通网格具备与多面体网格一样的优点。

• 求解器

基于压力的耦合求解器与代数多重网格的组合是 CFX 求解器最大的特征。与其它方法相比,求解器的鲁棒性及其对低质量网格的兼容性,使得 CFX 在大规模复杂问题分析时显现出了明显的优势。因为是单一求解器,CFX 的所有物理模型都与求解器兼容。软件也内置了六自由度刚体解算器。

• 差分格式

一阶/二阶以及混合阶迎风格式,有界高分辨率差分格式。

• 并行计算

• 网格适应(自适应网格)

• 移动变形网格

• 重叠网格技术

• 流固耦合计算

ANSYS Workbench 环境下ANSYS Mechanical联合求解,MFX可提供隐式的时间推进。

物理模型和物性

• 层流、湍流

配备了与 ANSYS Fluent 同样的大量湍流模型和近壁面流动的处理方法。

• 牛顿流体、非牛顿流体

• 强制 / 自然对流、共轭换热、辐射传热

• 多组分混合、燃烧和化学反应

• 自由表面流 / 多相流、基于拉格朗日方法的离散相模型

有丰富的模型。数值求解稳定(体积分数方程也可置于耦合求解的框架之下)。对于必须了解气泡直径分布的问题 ,MUSIG 提供了非常独特并且有效的方法。此外,也可求解常见的空化问题。

• 相变模型

• 多孔介质模型可解释各向异性的阻力模型。

• 风扇、散热器等设备的集总模型

• 旋转机械

专用前后处理功能模块,针对旋转机械进行特别优化的高鲁棒性求解器,相关的模型与功能(湍流模型、动静叶干扰、蒸汽物性、流固耦合)。

• 噪声模型

直接计算方法(CAA)、与专业的声学软件耦合的功能、基于单个风扇的稳态流场解的 Lawson 模型。

• 物性

内置国际标准 IAPWS-IF97 的水和水蒸汽物性数据。

• 可计算流体 - 固体间热移动的多孔模型

数据接口和自定义程序

• 操作环境

可单独运行 CFX,也能够在 ANSYS Workbench 集成环境下运行。在 Workbench 环境下,可与 ANSYS 其它 CAE 产品轻松实现数据共享,进行优化、流固耦合分析。

• 网格数据导入

可从主流的网格生成软件直接导入网格数据。

• 后处理数据接口

可将结果输出至 Tecplot、Ensight 等主流的结果可视化软件中进行处理。

• 用户自定义程序开发

与位置、时间等相关的物理特性、初始条件等的定义。可以在图形界面中以简单的公式直接设定,且可图形化检查,使用户可以轻松实现。

• 质量、动量、能量、化学组分方程体积源项的用户自定义 FORTRAN 程序

基于 FORTRAN 语言的源代码,降低用户二次开发的难度。

ANSYS Polyflow

ANSYS Polyflow 是基于有限元法的粘性、粘弹性流体动力学分析软件。Polyflow 提供了一个创造性的通用求解环境,将丰富求解功能集于一身,使得用户灵活、准确地进行成型模拟成为可能。它适用于塑料、树脂等高分子材料的挤出成型、吹塑成型、拉丝、层流混合、涂层过程中的流动及传热和化学反应问题。另外也可用于模拟聚合物的流动问题。

应用领域

ANSYS Polyflow 具有强大的解决非牛顿流体及非线性问题的能力,且具有多种流动模型,可以解决聚合物、食品、玻璃等加工过程中遇到的多种等温 / 非等温、二维 / 三维、稳态 / 非稳态的流动问题,可以用于聚合物的挤出、吹塑、拉丝、层流混合、涂层过程中的流动、传热和化学反应问题。

• 模具设计

• 挤出成型・发泡挤出

• 吹塑成型

• 热成型・真空成型

• 压缩成形

• 纤维成型

• 薄膜成型

• 螺杆挤出机(1 轴,2 轴,多轴)

• 电线涂覆

• 多层模头・多层共挤

• 玻璃熔融成型

功能

ANSYS Polyflow 采用了高斯消元法直接求解方程。确保高分子材料加工以及玻璃成型等复杂流动问题得到了收敛。针对业内常见的各种问题如畸形网格、固体部件的复杂运动以及自由表面和模具之间的接触检测等,POLYFLOW 拥有先进的技术处理方案。

• 2-D、2.5-D、2-D 轴对称、2-D 旋转轴对称、3-D、3-D 薄壳、2-D 薄膜

• 稳态、暂态及演化分析(连续性技术)

• 牛顿流体(包含降伏强度流动)

• 多模态粘弹性流 ( 微分型・积分型 )

• 自然 / 强制 / 混合对流、共轭传热、在移动固体中热传导、电热模式

• 自由表面

• 自适应网格

• 静态与动态接触点

• 网格重叠技术

• 化学反应及混合

• 多孔介质

• 流固耦合求解

• 内部移动边界

• 逆向挤出或拉出

ANSYS Icepak

ANSYS Icepak 是面向工程师的专业电子产品热分析软件。借助Icepak的分析,用户可以减少设计成本、提高产品的一次成功率,改善电子产品的性能、提高产品可靠性、缩短产品的上市时间。它可求解芯片级、封装级、板级、机箱机柜级、环境级等全范围的电子散热问题。Icepak的求解器采用著名的ANSYS Fluent,保证其出色的稳定性、精确性和对大型问题的高性能计算的支持。

功能

• 模型生成

友好界面和操作、基于对象建模、各种形状的几何模型、大量的模型库、丰富的ECAD数据接口、专用的CAD软件接口DesignModeler;这一切都保证了Icepak建模,尤其是对于复杂系统建模的快捷与准确。

• 网格生成

具有自动化的非结构化网格生成能力,可以快速生成笛卡尔网格和贴体的六面体网格。先进的多级六面体主导网格划分技术可为用户提供更强大的网格剖分能力。只需点击生成按钮,用户即可对复杂模型,甚至是MCAD软件中生成的带有复杂曲面的模型。

• 计算

Icepak借助于著名的ANSYS Fluent求解器。ANSYS Fluent拥有卓越的稳定性。对于大规模问题,其并行计算能力非常优异。在新的版本中,Icepak还可以借助于Fluent的GPU加速功能进行再加速。

• 结果后处理

计算结束,用户可在Icepak环境中查看温度分布、气流组织、关键的数值等重要的散热设计数据。

• GUI

Windows风格的操作界面。基于对象的建模方式。所见即所得的操作方式。

• 自动网格生成

自动生成连续/非连续的笛卡尔直角网格、非结构化贴体六面体网格、六面体主导的贴体网格。Icepak还可支持多级六面体主导网格的生成,使得它对复杂曲面几何的处理更加得心应手。

• 薄板传热模拟

对于薄板,Icepak 可以将其处理为无厚度的传热器件,但计算时可将其厚度方向与平面方向的导热纳入传热分析的考虑范围,该模型的精度几乎可以与完整的三维模拟媲美。

• 多流体解析

可同时求解多种流体存在的传热案例,如水冷设备的冷却(自由表面流、多相流除外)。

• 焦耳热分析

可设定与温度相关的电阻率,求解稳态 / 瞬态情况下任意形状的焦耳热问题。

• 风扇 MRF(Multiple Reference Frame) 模型

基于真实风扇的三维 CAD 模型对风扇流场进行求解,结果更加逼真。

• 多组分扩散解析

可求解多种化学组分在流场内的分布与扩散。针对水蒸气存在的情况可计算相对湿度。

• 温度相关的功耗分析

某些半导体设备的发热量明显与温度相关,Icepak 可以轻松处理此类

问题。由于可以设置正向电压温度特性,因此也可用来分析 LED。

• 热网络模型

可自动抽取 DELPHI 热网络模型。也可以编辑、使用任何形式的热网络模型。

• 太阳辐射模型

可模拟建筑物或者室外设备受太阳辐射的热影响。

• TEC 分析

可进行 TEC 选型与温度校核。

• 物性数据、IC 封装、风扇、散热器等数据库

内置标准的电子散热常用的物性数据和 IC 封装,散热器,风扇等各种数据库。

• CAD 数据接口

ECAD可直接导入 IDF2.0/3.0 进行 PCB 的建模。亦可导入 MCM/Sip、ODB++、Gerber、ANF 等多种主流的 ECAD 文件格式进行建模。软件可以根据导入的Trace数据进行局部导热系数的评估。

MCADANSYS DesignModeler 支持将 SETP、IGES、ProE、Solidworks、UG、Catia 等多种形式的 CAD简化并转化为 Icepak 所识别的数据。

• ANSYS 电磁 - 热耦合模拟

ANSYS HFSS、Maxwell、Q3D Extractor、SIwave 的电磁损失可以直接导入 Icepak 进行电磁 / 热耦合计算。Icepak 还可将温度反馈回 SIwave 进行双向耦合计算。

• ANSYS Simplorer 联合求解

ANSYS Icepak 的算例可以嵌入 ANSYS Simplorer,构成系统计算中的一个节点。或者 Simplorer 可根据Icepak 的计算结果抽取出等效的热网络模型,这使得 IGBT 等器件的快速热模拟成为可能。

• IC 封装模型

Icepak 可以通过 ALinks for EDA 导入各种 ECAD 软件生成的 IC 封装模型。它也可以执行基于JEDEC 标准的自然对流、强制对流解析,支持 DELPHI 热网络模型的使用和抽取。

• 与 IC 芯片功耗评估工具的耦合

Icepak 可与 Apache Sentinel-TI、Gradient Firebolt、Cadence Encounter 等工具耦合计算 IC 芯片功耗。

• OS 支持

软件支持 Windows、Red Hat、SUSE Linux 等多种 OS 平台。

• 并行计算

可利用 ANSYS HPC、ANSYS HPC Pack等组件进行并行加速计算。

• ANSYS CFD-Post

可利用 ANSYS CFD-Post进行更为专业的后处理,尤其是可以生成效果更佳的图片和动画。

• 参数分析与优化・DesignXplorer

几乎所有的计算变量都可以设置为参数分析、优化的对象。借助于 DesignXplorer,用户还可执行高效的响应面优化。

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