ANSYS CFX

Мощный инструмент для оптимизации процесса разработки и технологической подготовки в области вычислительной динамики жидкостей и газов.

ANSYS CFX совмещает в себе передовую технологию решателя с современным пользовательским интерфейсом и адаптивной архитектурой, что делает этот инструмент доступным как для разработчиков, владеющих общими инженерными знаниями, так и для специалистов в области гидродинамики, работающими с моделью и ее свойствами на глубоком уровне. CFX позволяет детально изучить оборудование и процессы изнутри, повысить эффективность, увеличить срок службы и оптимизировать процессы.

Модуль ANSYS CFX полностью интегрирован в расчетную среду ANSYS Workbench - платформу, объединяющую все инструменты инженерного моделирования компании ANSYS. Адаптивная архитектура позволяет пользователю выполнять любые действия от стандартного анализа течения жидкости или газа до обработки сложных взаимодействующих систем, используя простые операции drag-and-drop («перетащи и оставь»). Пользователи могут легко оценить производительность во множественных расчетных точках или сравнить несколько альтернативных конструкций. Для решения задач из различных расчетных дисциплин в рамках платформы ANSYS Workbench можно получить доступ к общим для всех расчетов инструментам, таким как инструменты для работы с геометрией и с сеткой.

Геометрия: модуль ANSYS DesignModeler специально разработан для создания геометрии, ее подготовки к моделированию. Эта полностью параметрическая среда является простой в использовании, обладает прямыми и двусторонними связями со всеми основными CAD-пакетами и используется как средство согласования и ввода геометрии во все программные продукты ANSYS для последующих инженерных расчетов.

Создание сетки: для получения точных результатов расчетов в области вычислительной динамики жидкостей и газов необходима самая совершенная технология создания сетки. Модули ANSYS Meshing и Fluent Meshing предоставляют множество технологий построения сетки в одном приложении. Это дает возможность выбрать наиболее подходящий способ построения сетки на основе применения подхода последовательного построения сетки на каждой из деталей сборки. Пользователю также доступны инструменты построения сетки ICEM CFD, которые дают возможности редактирования сетки и возможность построения структурированной гексагональной сетки.

Тепловой расчет легкового автомобиля.

Физический препроцессор ANSYS CFX - это современный, интуитивно понятный интерфейс для подготовки к моделированию динамики жидкостей или газов. В дополнение к основному режиму работы встроенный мастер помогает пользователю пройти процесс подготовки общих расчетов течения жидкостей или газов.

Мощный язык программирования (expression language) дает возможность задать описание проблемы в числовом виде, как в случае со сложными граничными условиями, пользовательскими моделями материалов или дополнительными уравнениями переноса. Адаптивная архитектура CFX-Pre также позволяет пользователю создавать собственные панели графического пользовательского интерфейса, чтобы стандартизировать ввод для выбранных приложений.

Сердцем модуля ANSYS CFX является передовой алгебраический многосеточный сопряженный решатель, использующий технологию Coupled Algebraic Multigrid, являющуюся ключом к получению точных результатов в короткие сроки. Параметры решателя, граничные условия могут быть скорректированы во время выполнения расчета, при этом нет необходимости останавливать решатель. Решатель ANSYS CFX использует схему дискретизации второго порядка по умолчанию, обеспечивая получение максимально точных результатов.

Использование технологии сопряженных решателей ANSYS CFX дает значительные преимущества при проведении любого расчета, неважно, для вращающихся машин, многофазных потоков, горения или для любой другой физической модели и позволяет получить устойчивые и масштабируемые решения для задач динамики жидкостей и газов.

Решатель ANSYS CFX разрабатывался для получения максимальной эффективности при выполнении параллельных расчетов. Этот атрибут стал еще более необходимым, когда получили распространение многоядерные процессоры и кластеры. Обладая масштабируемостью в зависимости от производительности процессора и объема памяти, ANSYS CFX позволяет повысить производительность аппаратного обеспечения. В решателе ANSYS CFX все без исключения физические модели работают параллельно.

Распределение воздушного потока в корпусе компьютера.

Точность расчетов связана с выбором доступных физических моделей. Модуль ANSYS CFX содержит в себе широкий набор физических моделей. Что немаловажно, полная таблица возможностей обеспечивает максимальное взаимодействие между физическими моделями со всеми типами элементов и со всеми типами соединений сеточных интерфейсов для выполнения сложных междисциплинарных расчетов.

Большинство промышленных потоков являются турбулентными, поэтому в модуле ANSYS CFX всегда уделялось особое внимание разработке современных моделей турбулентности для эффективного и точного расчета турбулентных процессов. В дополнение к общим RANS-моделям (k-ε, k-ω, SST, модель турбулентных напряжений Рейнольдса (RSM-модель), модели расчета больших вихрей (LES-модели), модели изолированных вихрей (DES-модели), модуль ANSYS CFX предоставляет множество существенных нововведений для моделирования турбулентности.

Модели турбулентности доступные в CFX.

Модуль ANSYS CFX в течение долгого времени является лидером в области вычислительной гидрогазодинамики вращающихся машин. Данный модуль является ведущим в тех областях, в которых предъявляются самые высокие требования к точности, скорости и устойчивости. Модуль ANSYS CFX имеет полный набор моделей для расчета взаимодействия между вращающимися и статичными компонентами, обладает специальной рабочей средой для препроцессинга, постпроцессинга турбин и полностью соответствует требованиям специалистов в области гидрогазодинамики турбин.

Модель турбокомпрессора.

Отдельно хотелось бы выделить новейшие подходы предназначенные для расчета проточной части турбомашин, именуемых методами нестационарного лопаточного венца (Transient Blade Row). Данная группа методов появилась относительно недавно, однако очень быстро приобретает популярность среди предприятий турбомашиностроительной отрасли, поскольку дает возможность получения точного нестационарного решения при минимальном количестве моделируемых межлопаточных каналов.

Проведение преобразования Фурье для венца лопаток турбомашины.

Увеличение скорости расчета многоступенчатых лопаточных машин методом TBR за счет моделирования одного межлопаточного канала на каждом венце.

ANSYS CFX дополнительно комплектуется модулями создания геометрии и сетки ANSYS BladeModeler и ANSYS TurboGrid, которые специально созданы для разработчиков и специалистов в области турбомашиностроения и полностью соответствуют всем их требованиям.

Более двух десятилетий опыта моделирования многофазных потоков вложены в модуль ANSYS CFX, позволяя моделировать многофазные потоки жидкостей и газов, пузырьковые потоки, потоки капель, частиц и потоки со свободной поверхностью. Модель Лагранжа (Lagrangian transport model) позволяет рассчитывать одну или несколько дискретных примесей, капельных фаз в рамках непрерывной жидкой фазы. При помощи различных моделей инжекции можно описать и начальное распыление жидкости, и ее дальнейшее деление на части под действием внешних сил. Также имеются статистическая модель столкновения частиц и квазистатическая модель тонкого слоя.

 

Моделирование процесса кавитации в топливной форсунке.

Многофазная модель Эйлера включает в себя широкий набор функций для расчета импульсного обмена, энергообмена, массообмена, в том числе многочисленные модели сил межфазного взаимодействия, а также устойчивые модели фазового перехода, вызванного кавитацией, испарением, конденсацией и кипением. Модель групп разных размеров (MUSIG model) позволяет рассчитывать разрыв и слияние дисперсных фаз в полидисперсных многофазных потоках.

Кроме расчета конвективного переноса энергии потоком жидкости или газа ANSYS CFX обладает функцией сопряженного теплообмена для расчета теплопереноса в твердых телах. Модуль также содержит широкий набор моделей для расчета теплового излучения в газах, независимо от того, являются они полупроницаемыми, полностью проницаемыми или непроницаемыми для теплового излучения.

Распределение поля температуры в салоне автомобиля при попадании в него солнечного излучения.

Модуль ANSYS CFX является мощной платформой для моделирования химических реакций и процессов горения, связанных с течением жидкости или газа, будь то моделирование горения в газовой турбине, автомобильном двигателе, угольной топке или оценка пожарной безопасности вокруг и внутри зданий или других конструкций. В модуле представлены различные модели горения от ламинарных до турбулентных течений, от кинетики медленных реакций до кинетики быстрых реакций, от не смешанных до частично или полностью смешанных реагентов.

 

Мгновенное (слева) и усредненное по времени распределение температуры в камере сгорания с применением SAS-модели турбулентности.

Обширная библиотека заранее заданных химических реакций, которая легко может быть отредактирована и дополнена пользователем, а также генератор библиотек пламени ANSYS CFX-RIF для детальных химических таблиц предоставляют полный набор возможностей для работы с любой задачей. Эти библиотеки содержат модели самовоспламенения и искрового воспламенения, появления загрязнителей (NOx, нагар), остаточных выхлопных газов, детонации, быстрого охлаждения перегретой стенки, затухания пламени и другие.

Компания ANSYS объединяет специализированные возможности и технологии своих ведущих модулей для расчетов в области гидрогазодинамики и механики твердых тел, чтобы сделать возможным расчеты взаимодействия между жидкостями или газами и твердыми телами.

Типичная схема проекта в ANSYS Workbench при решении односторонней FSI-задачи.

Возможны и односторонние, и двусторонние расчеты в рамках рабочей среды ANSYS Workbench от постановки задачи до постпроцессинга. Двустороннее соединение с технологиями прочностного анализа компании ANSYS позволяет решать даже самые сложные задачи взаимодействия среды и конструкции без необходимости приобретения, администрирования и конфигурирования программных продуктов других производителей.

В модуле ANSYS CFX присутствует большое количество возможностей для моделирования влияния твердого тела на течение жидкости или газа. Технологию деформации сетки, применяемую при расчетах взаимодействия среды и конструкции для обеспечения большого диапазона движения при фиксированной топологии сетки, можно объединить с повторным управляемым созданием сетки для того, чтобы учесть даже самое сложное движение геометрии.

 

Моделирование течения жидкости в шестеренчатом насосе методом погруженного тела (слева). Моделирование сброса ракеты (справа) с крыла самолета.

Такое движение может быть либо задано явно, как, например, в случае с движением клапана и поршня в двигателе внутреннего сгорания, либо выражено в неявном виде как результат расчета при помощи встроенного в ANSYS CFX решателя твердых тел, имеющего шесть степеней свободы. Метод погруженных в текучую среду тел является дополнительной функцией, которая позволяет описывать неограниченное движение твердого тела в текучей среде без необходимости деформирования сетки. Набор доступных стратегий дает пользователям ANSYS CFX инструмент для работы с любым возможным движением геометрии.

Анализ количественных и качественных результатов, полученных в ANSYS CFX, выполняется в ANSYS CFD-Post. Возможность написания сценариев, полная автоматизация, создание отчетов дают пользователю максимальное количество информации, полученной в результате расчетов.

Сравнение результатов расчета в модуле ANSYS CFD-Post.

Производительность ANSYS CFX основана не на какой-то одной отличительной черте. Это набор испытанных передовых технологий, применяемых во всех составляющих программного обеспечения, что дает точность, надежность, быстродействие и гибкость, которым доверяют компании-пользователи. Интеграция в платформу ANSYS Workbench открывает двери к большим возможностям и позволяет выйти на новый уровень эффективности инженерного моделирования.