ANSYSCFX是干什么用的？

2016-10-06 by:CAE仿真在线来源:互联网

ANSYS CFX

ANSYS CFX是一款高端的、通用的流体动力学软件,在过去20年来已经被用来解决了广泛的流动问题。ANSYS CFX的核心是其先进的求解技术,这是快速、稳健地获得可靠精确结果的关键。现代化的、高度并行的求解器是大量物理模型的基础,这些物理模型能虚拟地捕捉任意和流动相关的现象。

适用领域

● 辐射传导热

● 燃烧与化学反应

● 声学与噪声

● 流固耦合

功能和特点

直观、参数化、自动化的工作流程

ANSYS CFX集成在统一的 ANSYS Workbench平台下,该平台已经成为工业界最广泛、最深入的先进工程仿真技术组合的基础。这一易用的平台提供了CAD双向参数连接,强大的几何和网格工具,自动的项目级更新机制,遍布各处的参数管理,多场仿真管理,以及集成的优化工具。ANSYS CFX提供了CFD仿真中史无前例的生产力,实现仿真驱动产品设计。

● 无需繁琐的返工即可快速地准备流动分析所需设备/过程的几何

● 避免了相同数据模型的复制,而是在基本流动之外的物理场间一致性地共享这些数据

● 很容易定义几何、网格、物理和后处理的一系列参数变化,只点击一次鼠标即可自动得到一系列新的CFD结果

● 通过增加对可变性和设计敏感度的理解,改进了设备/过程的质量

● 容易设置并运行多物理场仿真

网格灵活

ANSYS CFX软件的网格具有完全的灵活性,包括能相对容易地对复杂几何生成非结构网格来求解流动问题。所支持的网格类型包括三角形、四边形、四面体、六面体、五面体和棱柱体(楔形)。ANSYS Workbench允许你读入自己的CAD几何,在ANSYS DesignModeler中准备为CFD所用,在ANSYS Mesh部件中自动或手动划分网格。

被证实的求解技术和精确的数值算法

ANSYS CFX能稳健高效地求解所有的物理模型和流动类型,包括稳态或瞬态,不可压缩或可压缩流动(从低亚音速流到超高音速),层流或湍流,牛顿流或非牛顿流,理想气体或真实气体。

要对工业CFD遇到的各类情况都能稳健精确的解答,必须关注离散格式。ANSYS CFX软件缺省的高精度离散格式同时考虑了稳健和精确。自适应的中心有界数值格式能局部调整,在保证计算稳定的条件下让离散格式尽可能地接近二阶。

湍流模型

● 精确有效地捕捉湍流效应

● 多种常见的双方程模型和雷诺应力模型

● 提供创新的模型来求解层流到湍流的转捩

● 大量的尺度解析湍流模型

● 嵌入式LES(E-LES)选项

传热和辐射

在许多工业设备像涡轮叶片、发动机缸体和燃烧室,以及建筑和结构中,优化传热都是关键的。在这些应用中,其核心是精确地预测对流传热,其中很多情况下,对固体内的热扩散和辐射传热也起着重要的作用。

ANSYS CFX软件具备最新的共轭传热(CHT)技术,把流体动力学和固体材料的内部导热联合起来计算。CHT区域中固体域的网格可以单独划分,然后用通用网格界面(GGI)和任意非一致网格粘接起来。相关的其它功能包括考虑通过薄挡板的导热、固体间接触面的热阻、固体表面镀膜的热阻、以及由于运动引起的CHT固体域的对流换热。

ANSYS CFX引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热,包括全透明、半透明或不透明辐射。为了把效率最大化,在辐射场变化小的区域,辐射网格能自动粗化。它也可以考虑散射的影响。

多相流

● 能洞察难以测量的设备内部

● 能捕捉多个相间的相互作用

● 拉格朗日颗粒输运模型

● 用欧拉多相流模型分别求解各相的方程组,或者用更经济的混合相模型

● 欧拉多相流模型具备丰富的选项来求解质量、动量和能量交换

化学反应和燃烧

● 提供了丰富的架构来模拟伴随化学反应和燃烧的流动

● 提供了适用各种情况的完整模型

● 提供了涡耗散模型(EDM)和有限速率反应(FRC)模型

● 提供了实用且有效的方法,用来描述几百种组分的详细化学反应,而无需求解几百个输运方程组

● BVM模型和层流小火焰PDF模型耦合后,可以模拟火焰后端面的混合和反应

● 扩展连贯小火焰模型(ECFM)适用于燃料和氧化剂预混或局部预混

旋转机械

● 具有精确、稳健和有效的模型和架构,用来模拟所有类型的水泵、风扇、压缩机、燃气涡轮和水轮机

● 对于旋转机械设计和分析提供了多个产品

● 有专用的前后处理工具

● 瞬态的转子—静子功能以最大精度解析了部件间的真正瞬态相互影响

● 更简单的Stage级间模型的求解比全瞬态转子—静子模型更快速

● 要精确捕捉动静部件间的瞬态相互作用,有不同的选项

● 具有冻结转子模型

流固耦合

● 可以模拟固体运动对流动的影响

● 可以很容易设置流固耦合(FSI)仿真

● 允许很大的边界位移

● 按需自动重新划分网格的选项

侵入固体方法

浸入固体方法是ANSYS CFX中一种附加的FSI功能,由于该方法避免了网格变形和重新划分,因此能模拟固体在流体域内无限制的运动。当浸入的固体在流体域内运动时,重叠区域的流场解会通过施加适当的源项进行调整,以反映固体的存在。固体的运动可以由用户灵活定义,或者由ANSYS CFX的刚体求解器获得。

ANSYS CFX中完全集成了隐式6自由度刚体求解器,在给定刚体的质量和转动惯量后,施加在刚体上的力和力矩的计算结果能让边界、域、子域实现运动。其应用包括油箱从飞机分离、船体在波浪影响下的运动等。

强大可扩展的高性能计算能力

ANSYS CFX提供了强大的、可扩展的高性能计算(HPC)能力。用户可以用ANSYS CFD HPC的并行来处理更可信的CFD模型,包括更复杂的几何细节(如全360度叶片流道而不是单流道),更复杂的物理(如瞬态湍流而不是稳态湍流模型)组成的系统。结果是加强了对产品性能的洞察,而用其它方法都无法进行这种洞察。对细节的理解能产生巨大的商业益处,揭示可能导致产品失败或隐性故障的设计问题。使用HPC理解产品性能的细节能为设计提供信心,帮助产品在市场取得最终成功。

通过加快单个CFD仿真的计算时间,ANSYS CFD HPC增加了产出。这能实现考虑多个设计思路,提供在设计早期就做出正确的决定。使用ANSYS CFD HPC能帮助工程人员更有效地开发几乎任何产品。

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。ANSYS CFD HPC易于使用且在多个系统中如期工作,包括从多核工作站到高端的HPC集群。

材料属性

流动条件会影响材料的详细行为,如压力或温度对CFD结果的精度有关键的影响。ANSYS CFX提供广泛的材料模型选项,确保没有什么能阻止获得最高可信结果。

针对大范围的液体、气体和固体,ANSYS CFX有丰富的材料属性库。理想流体和真实流体都能用成熟的高级状态方程来模拟。对粘性和导热系数也有很多关系式,如基于动力学理论的萨姆兰公式。对非牛顿流体,提供了丰富的粘性模型来考虑与剪切应变相关的行为。

假设某个仿真使用了专有材料,或其它材料库中所没有的材料,用户能用ANSYS CFX环境的灵活性和CEL的强大功能容易地定义任何新材料,或者定义材料属性和流场条件如压力、温度、剪切应变速率等的依存关系式。用户能直接在CFX-Pre界面里,用简单的CEL语法输入代数表达式,实现定制模型,而不需单独的外部程序。这就像在纸上写下来一样直接。

定制和全项目范围脚本

ANSYS CFX软件提供了许多定制和自动化的选择,包括用户定义扩展GUI,能让高级用户用面向应用的语言和示意图来创建定制的输入面板;包括可定制的模型库,有对复杂或重复使用案例的预先设置;包括宏和录制文件的批处理;包括能接入Perl编程语言,实现最大限度的编程。

CFX表达式语言(CEL)和CFX命令语言(CEL)是ANSYS CFX灵活性和用户环境的基础。

CEL语言是一个强大的定义式语言,允许用户在标准ANSYS CFX界面里快速直接地加入自己的定制模型。例如,用户能用CEL加入新的物理模型,创建额外的求解变量,定义属性关系式,设置边界条件和分布。CEL的语法直观易学,包括许多预定义函数和操作,能用几种方法容易地定制仿真。

CCL是直观的基于文本的命令文件,可用它替代图形界面接入求解器、施加物理问题、定义边界条件和设置求解参数。通过编辑命令文件,改变适当的数值,可以做快速的参数化研究。这让ANSYS CFX软件可以在批处理方式下运行,或集成在优化和设计系统中。

此外,CEL和CCL函数能被集成在ANSYS Workbench(全项目范围)脚本工具中。在这点上,用脚本工具做参数/文件/数据管理以及设计探索研究能大大提高效率。

后处理和数据输出

ANSYS CFX的后处理工具能产生有意义的图片、动画和报告,让流体动力学结果的表达更容易。透明和不透明面、迹线、矢量图、云图、自定义变量和场景构建只是后处理特征的一部分。求解数据能输出到 ANSYS CFD-Post、第三方后处理软件或CAE软件中做进一步的分析。在 ANSYS Workbench 环境中,ANSYS CFX求解数据能把热或压力载荷映射到ANSYS仿真上。在单独模式中,ANSYS CFX能把面上的结构和热载荷,以及体温度输出给第三方FEA网格。

知识管理已就绪

ANSYS CFD技术已经可以和 ANSYS 工程知识管理(EKM)一起使用了。ANSYS EKM系统应对仿真数据管理的挑战。它通过管理重要的仿真数据来帮助工程师,包括归档、备份、可追踪、保持审核记录、合作和知识产权保护。通过这些功能适当地捕捉ANSYS CFD仿真获得的知识,并准备好将之用于企业的工程过程。

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才