ANSYS FLUENT

Мощный инструмент для оптимизации процесса проектно-конструкторской и технологической подготовки в области вычислительной динамики жидкостей и газов.

Программный модуль ANSYS FLUENT имеет широкий спектр возможностей моделирования течений жидкостей и газов для промышленных задач с учетом турбулентности, теплообмена, химических реакций. Во FLUENT моделируют такие задачи как, горение в печах, течение внутри барботажной колонны, внешнее обтекание нефтедобывающих платформ, течение в кровеносной системе, конвективное охлаждение сборки полупроводника, вентиляция в помещениях, моделирование промышленных стоков. Специализированные модели горения, аэроакустики, вращающихся/неподвижных расчетных областей, многофазных течений серьезно расширяют области применения базового продукта.

ANSYS FLUENT - это удобный, отказоустойчивый инструмент, позволяющий даже новичкам достигать высокой производительности труда. Интеграция модуля ANSYS FLUENT в рабочую среду ANSYS Workbench, а также возможность использования модуля ANSYS CFD-Post для обработки результатов создает комплексное решение для выполнения инженерного анализа в области моделирования течений жидкостей и газов.

ANSYS FLUENT полностью интегрирован в рабочую среду ANSYS Workbench - платформу, объединяющую весь набор средств 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 в различных расчетных точках или сравнить несколько альтернативных конструкций. В рамках платформы ANSYS Workbench для решения задач из различных расчетных дисциплин можно получить доступ к общим для всех расчетов инструментам, таким как инструменты для работы с геометрией и с сеткой. Модуль ANSYS CFD-Post может быть использован для сравнения результатов и выполнения заключительного анализа данных. Передача данных из программы ANSYS FLUENT в программу ANSYS Mechanical дает возможность выполнения расчетов жидкостно-конструкционного взаимодействия.

Моделирование многофазного течения в биохимическом реакторе.

Начиная с 17-ой версии разработчики ANSYS решили полностью отказаться от привычного всем главного меню с выпадающим списком и заменить его на панель инструментов, что делает работу в ANSYS Fluent более простой, быстрой и понятной.

Графический интерфейс ANSYS Fluent.

ANSYS FLUENT включает в себя сложные числовые отказоустойчивые решатели, в том числе сопряженный решатель с алгоритмом на основе давления, расщепленный решатель с алгоритмом на основе давления и два решателя с алгоритмами на основе плотности, что позволяет получать точные результаты практически для любого течения. Улучшенные возможности параллельной обработки позволяют эффективно использовать несколько процессоров, а также многоядерные процессоры на одной или на нескольких машинах, объединенных сетью.

Увеличение масштабируемости при расчете камеры сгорания ДВС.

Динамическая балансировка нагрузки автоматически определяет и анализирует эффективность параллельной обработки и настраивает распределение расчетных ячеек по процессорам. ANSYS FLUENT доступен для платформ Windows, Linux и UNIX.

Среди производителей коммерческого программного обеспечения ANSYS постоянно устанавливает и предъявляет новые требования к моделированию турбулентности, предлагая инженерному сообществу широкий набор моделей. В ANSYS FLUENT доступны несколько распространенных k-ε и k-ω моделей, модель турбулентных напряжений Рейнольдса для сильных вихревых или анизотропных потоков.

Обтекание цилиндра с использованием RANS-модели турбулентности.

Высокая расчетная мощность при невысокой стоимости делает модели турбулентности для расчета больших вихрей (LES-модели) и модели изолированных вихрей (DES) подходящими для промышленных задач. Также доступны инновационные модели для прогнозирования перехода от ламинарного течения к турбулентному и новая модель адаптируемого масштаба Scale-Adaptive SimulationTM (SAS), предназначенная для течений, в которых недостаточно использования статических моделей турбулентности.

Обтекание цилиндра с использованием LES-модели турбулентности.

Улучшенные пристеночные функции позволяют повысить точность результатов в пограничных слоях. Широкий набор настроек турбулентности и возможность добавления пользовательских настроек обеспечивают корректное моделирование турбулентности для любых видов течений.

Во многих промышленных задачах требуется уделить особое внимание аэроакустике. При помощи ANSYS FLUENT шум, возникающий в результате нестабильных изменений давления, можно рассчитать несколькими способами. Прогноз переходных процессов больших вихрей для поверхностного давления можно преобразовать в частотный спектр при помощи встроенного инструмента преобразования Фурье (FTT).

Турбулизированный поток воздуха за автомобилем, который создает акустический шум

Акустическая аналогия Фоукса Вильямса-Хоукинса (Ffowcs Williams – Hawkings) может быть использована для моделирования распространения акустических излучений для различных объектов от открытых необтекаемых тел до вращающихся лопастей. Модели источников широкополосного шума позволяют оценивать акустические излучения на основе результатов статических расчетов, что делает эти модели практичным инструментом для оценки изменений в конструкции.

Динамическая сетка позволяет моделировать произвольное сложное перемещение частей системы, например, в двигателе внутреннего сгорания, клапанах, при движении корабля по волнам, запуске ракет. Динамическое создание сетки также совместимо с большим количеством других моделей, в том числе с моделями распыла частиц и горения, многофазных потоков, потоков со свободной поверхностью и сжимаемых потоков.

Перестроение сетки (слева) и поле скорости внутри топливной форсунки.

Скользящая сетка и сеточные модели являются лучшим инструментом для описания периодического движения внутри смесительных баков, насосов и в турбомашинах. Модели с движущейся сеткой полностью совместимы со сложными моделями химических реакций и многофазных потоков.

ANSYS FLUENT предлагает инженерам полный набор инструментов для моделирования конвекции, теплопроводности и теплового излучения. Доступны модели для анализа излучений в оптически толстой (участвующей) среде, а также модель «поверхность-поверхность» (основанная на коэффициентах излучения) для прозрачной (неучаствующей) среды. Модель дискретных ординат подходит для любой среды, в том числе для стекла. Модель тепловой нагрузки от солнечного излучения позволяет решать задачи управления микроклиматом в помещениях.

Распределение температуры на днище автомобиля.

Другие возможности, тесно связанные с теплообменом, включают в себя модели кавитации, модели сжимаемых жидкостей, теплообменников, оболочечной проводимости, реальных газов, влажного пара, плавления и кристализации. Испарение капель или влажных частиц, выход летучих компонентов из угля можно моделировать при помощи модели дискретных фаз (DPM-модель). Прямое добавление источников тепла и полного набора тепловых граничных условий расширяют возможности, делая ANSYS FLUENT надежным инструментом для решения любых задач теплообмена.

Комплексное моделирование химических реакций, особенно в условиях турбулентности, с самого начала являлось отличительной чертой ANSYS FLUENT. Принцип рассеяния вихря, перенос функций распределения вероятности (PDF), модели химических реакций с конечной скоростью в совокупности с основополагающими компонентами технологии ANSYS FLUENT, такими как модели фракций равновесных смесей, диффузного пламени, горения заранее смешанных компонентов, являются необходимыми при выполнении расчетов горения газообразного, жидкого топлива, угля.

ANSYS Fluent используется для предсказания поля температуры и распределения NOx при различной загрузке топлива, его состава и степени турбулизации пламени.

Модели реакций между газами и твердыми поверхностями, прогнозирование образования NOx, SOx и других загрязнителей также широко используются и являются настраиваемыми. В ANSYS FLUENT модели реакций могут быть использованы совместно с моделями турбулентности больших вихрей (LES-модель) и изолированных вихрей (DES-модель). При объединении этих нестационарных моделей турбулентности с моделями химических реакций появляется возможность прогнозировать стабилизацию пламени и гашение.

Линии тока в двигателе внутреннего сгорания.

Технология моделирования многофазных потоков ANSYS FLUENT дает возможность заглянуть внутрь исследуемого объекта (работающей машины, аппарата, узла). Модель многофазных течений Эйлера использует отдельные системы уравнений для каждой взаимно проникающей фазы. Для случая, когда одна из сред гранулированная, может применяться специальная физическая модель. Во многих случаях для гранулированных и негранулированных смесей можно использовать более экономичную модель смеси. Возможно моделирование неограниченного числа фаз для любого сочетания жидкостей, газов, твердых тел. Также становится возможным моделирование реактора с орошаемым слоем и реактора типа барботажных колонн, можно рассчитать теплоперенос и массоперенос между фазами, что необходимо для моделирования гомогенных и гетерогенных реакций. Возможно отслеживание распределения размеров пузырей с использованием интегрированных моделей баланса заполнения. Для потоков со свободной поверхностью, например, для волн океана, где важно спрогнозировать поверхность раздела фаз, доступна модель объема жидкости (Volume of Fluid).

Моделирование циклона с использованием модели DPM.

Модель дискретных фаз (DPM-модель), модель Лагранжа являются применимыми к некоторым задачам многофазных потоков, таким как моделирование распылительной сушилки, угольной топки, непрерывного вытягивания волокна, распыления жидкого топлива. При впрыске частиц, пузырей, капель может учитываться теплоперенос, массоперенос, перенос импульса с основной фазой.

Подходы моделирования многофазных течений в ANSYS FLUENT.

Определяемые пользователем функции (UDF) позволяют индивидуально настраивать ANSYS FLUENT. Для решения узкоспециализированных задач, например, для задач оксидных твердотопливных ячеек, магнитогидродинамики доступны дополнительные модули.

Модуль Adjoint Solver это инструмент, который позволяет оптимизировать геометрическую модель для CFD задачи. Модуль Adjoint Solver включает в себя технологию морфинга сетки (Mesh Morphing), которая позволяет не только изменять сетку для улучшения геометрии, но и использовать оптимизацию в указанных областях деформации путем назначения функции (objective function) в контрольных точках.

Цикл оптимизации с использованием модуля Adjoint Solver.

Этапы работы с Adjoint Solver включают в себя:

  • Постановка CFD задачи;
  • Выполнение расчета;
  • Определение необходимых изменений для улучшения геометрии;
  • Использование Mesh Morpher для изменения сетки непосредственно во Fluent;
  • Расчет с усовершенствованной геометрией.

В рамках ANSYS FLUENT можно использовать полный набор инструментов качественного и количественного постпроцессинга для проверки хода расчета, создания специализированных графических объектов, анимации, отчетов для предоставления результатов расчета в простом и понятном виде. Встроенная возможность постпроцессинга работает в параллельном режиме и может обрабатывать огромные массивы данных. Результат расчета также можно экспортировать в ANSYS CFD-Post, сторонние графические пакеты или в CAE-пакеты для тщательного изучения. Результат расчета в виде распределений ключевых переменных также можно передать в ANSYS Mechanical APDL или другие МКЭ-решатели для моделирования взаимодействия текущей среды и конструкции.

Примеры пост-обработки различных моделей.

ANSYS CFD-Post предоставляет расширенные возможности, в том числе мощный язык описания для получения количественных значений из полученных результатов, файлов сессий, для написания сценариев автоматизации. Также присутствуют шаблоны для автоматического создания отчетов, объединяющих графики, таблицы, двумерные и трехмерные изображения. Результаты нескольких расчетов можно сравнить, расположив их рядом или посчитав разницу.

ANSYS FLUENT позволяет быстро получать точные решения в области вычислительной гидрогазодинамики. Доступны встроенные физические модели для прямого моделирования множества сложных процессов. Дополнительные модули и инструменты настройки позволяют использовать это программное обеспечение для узкоспециализированных задач.