Динамика жидкостей и газов

Вычислительная гидродинамика (CFD) сегодня становится одной из составляющих процесса проектирования во множестве компаний, которые разрабатывают современное высокотехнологичное оборудование. Подобные расчеты позволяют получить характеристики устройства задолго до его изготовления и внедрения. К числу областей в которых применяется CFD относится горение газов в автомобильном двигателе, процесс очистки и обработки нефти, движение воздуха в турбореактивном двигателе, а также распространение тепла между компонентами электронной платы.

Моделирование камеры сгорания

ANSYS является лидером в области технологий для коммерческих инженерных расчетов благодаря огромному числу пользователей из коммерческих и научных организаций, а также широкой линейке продуктов для моделирования жидкостей и газов. ANSYS использует междисциплинарный подход к моделированию, в котором модели течений жидкостей или газов плавно интегрируются в процессы моделирования других физических явлений.

Распределение поля температуры на лопатках турбины.

Подход компании ANSYS понятен, он заключается в том, чтобы предоставить набор инструментов высокоточного анализа междисциплинарного взаимодействия для возможности реализации принципа разработки на основе инженерных расчетов в рамках унифицированной платформы ANSYS Workbench. Платформа ANSYS Workbench объединяет широкий набор технологий для решения индивидуальных задач, одновременно обеспечивая взаимодействие и условия для развития. Сюда входит очень широкий набор продуктов ANSYS для моделирования жидкостей и газов, которые делятся на две категории: продукты для анализа течений жидкостей или газов общего назначения и узкоспециализированные продукты.

ANSYS CFD достаточно широко используется для анализа внешнего обтекания самолетов, вертолетов, ракет, автомобилей, а также при моделировании внутренних течений в каналах. Большинство промышленных потоков являются турбулентными, поэтому в ANSYS CFD всегда уделяется особое внимание разработке современных моделей турбулентности для эффективного и точного расчета турбулентных процессов. В ANSYS имеются как простые статичные модели, так и инновационные модели адаптируемого масштаба.

Линии тока в трубе с задвижкой.

Оптимизация теплообмена между жидкостями/газами и твердыми телами является важным направлением при решении задач в самых разных отраслях. Примерами механизмов служат нагревательные элементы и холодильные установки, используемые в энергетике; охлаждение турбинных лопаток, блоков двигателей и крышек цилиндров, нагревание или охлаждение при контроле скорости реакций в химических реакторах.

Распределение коэффициента теплоотдачи на поверхности лопатки турбины с охлаждающими каналами.

ANSYS CFD имеет возможность моделирования течений в трехмерных областях учитывая такие способы теплообмена как теплопроводность, конвекция и излучение. Несовпадение сеток областей твердого тела и текущей среды на границе их контакта не является препятствием.

Течения с частицами

ANSYS CFD предлагает расширенные возможности по моделированию течений с частицами. Течения могут быть как разбавленными, так и вязкими. ANSYS занимается проблемой моделирования течений с частицами на протяжении десятков лет и поэтому может предложить широкий набор надежных физических моделей, проверенных мировыми экспертами специализирующимися на течениях с частицами. 

Распыл частиц из аэрозольного баллончика.

Течения со свободной границей раздела фаз

Технологии ANSYS CFD позволяют использовать точную и быструю модель объема жидкости (Volume of Fluid), которая способна моделировать течения со свободной поверхностью, например, при рассмотрении несмешивающихся жидкостей (воздух и вода или воздух и масло), моделировании океанических волн (судостроительная отрасль) и др.

Моделирование морских волн вблизи буровой платформы.

Диспергированные течения

В независимости от того необходимо ли Вам спроектировать систему транспорта частиц, барботажную колонну или предсказать интенсивность эрозии, ANSYS CFD позволяет оптимизировать Вашу конструкцию за счет моделирования сложных физических явлений, таких как пузырьковое течение, осаждение пульпы, псевдоожижение и др.

Если говорить о течениях с химическими реакциями (горелки, двигатели внутреннего сгорания, турбореактивные двигатели и т.д.), то в данной области ANSYS CFD также обладает технологиями, которые позволяют инженерам улучшать производительность изделий и выводить их на новый уровень. Благодаря ANSYS CFD у инженеров появляется возможность, например, снизить выброс вредных веществ в атмосферу, повысить КПД двигателя и избежать дорогостоящих натурных испытаний.

Моделирование процесса горения метана. Распределение поля температуры.

В ANSYS CFD применяются как простые, так и сложные химические модели, включающие более 500 химических компонентов. Доступны модели, которые способны ускорить сложные химические расчеты и предсказать выброс загрязняющих веществ.

ANSYS CFD особенно широко используется для турбомашин, в частности для расчета насосов, компрессоров, вентиляторов, газовых турбин. ANSYS является лидером в такой сложной отрасли как турбомашиностроение, в которой предъявляются высокие требования к надежности, точности и скорости изделий.

Моделирование ступени вентилятора.

ANSYS CFD используется не только для разработки и оптимизации вращающихся компонентов машин, но и для вспомогательных узлов, которые располагаются непосредственно перед рабочим колесом турбомашины, так и позади него. Моделирование впускного коллектора, улитки компрессора, всасывающих патрубков и возвратного течения, возникающего на ступенях турбомашин лишь некоторые из немногих аспектов для которых применятся ANSYS CFD.

Взаимодействие текучей среды и конструкции реализовано в ANSYS двумя способами. Первый – это одностороннее взаимодействие. В этом случае задачи гидродинамики и прочности решаются независимо. В ANSYS CFD определяется поле давлений или температур, далее оно считывается в прочностном модуле ANSYS Mechanical. Затем проводится анализ напряженного состояния.

Деформация (слева) и термическое напряжение (справа), возникающие при протекании горячего потока жидкости через тройник.

Для случаев, когда деформации конструкции настолько значительны, что они влияют на поток, используется подход двустороннего взаимодействия, а именно алгоритм сопряжения решателей CFX и Fluent c решателем ANSYS Mechanical. Алгоритм выгодно отличается устойчивостью и скоростью сходимости решения.

Программные продукты ANSYS предназначенные для моделирования течения жидкости и теплообмена являются высокомасштабируемыми. Время разработки продукта может быть сокращено благодаря технологии высокопроизводительных вычислений ANSYS HPC. Данная технология позволяет распараллеливать большие расчетные модели на вычислительных кластерах. Линейная масштабируемость была продемонстрирована на более чем тысяче ядер.

Увеличение масштабируемости при расчете камеры сгорания.

Продукты