Усовершенствованные модели и инструменты FLUENT

Одним из наиболее значимых изменений является появление в пользовательском интерфейсе дерева проекта, что делает работу в ANSYS Fluent более простой, быстрой и понятной.

Дерево проекта в интерфейсе ANSYS Fluent

Дополнительно был создан монитор, отображающий число итераций в пределах шага по времени. При необходимости данные монитора можно записывать в выходной файл.При помощи меню Report → System, пользователь может в графическом интерфейсе увидеть информацию по загрузке центрального процессора, использованию памяти и времени счета.

Алгоритм стабилизации решения в ячейках, имеющих плохое качество, в новой версии Fluent значительно усовершенствован за счет лучшего распознавания таких ячеек. Кроме того, теперь можно задавать пороговое значение критерия качества сетки для работы алгоритма в соответствующих ячейках. Данный алгоритм теперь доступен для всех задач с динамическими сетками (FSI с использованием System Coupling, применение решателя Six DOF).

Начиная с версии 16.0, ANSYS Fluent при выполнении решения в параллельном режиме может также распараллеливать процесс динамического перестроения сетки (тетраэдрических и призматических элементов). Это значительно снижает пиковую загрузку памяти в процессе расчета, а также устраняет ограничение по размерности перестраиваемой сеточной зоны.

При трансформации исходной сетки в полиэдрическую Fluent теперь автоматически проверяет соотношение размеров каждой ячейки (Aspect Ratio) в пограничном слое. При больших значениях Aspect Ratio пользователю будет предоставляться выбор: либо сохранить ячейки в пограничном слое в исходном виде (треугольные призмы), либо трансформировать их в полигональные призмы (последнее может ухудшить точность представления исходной геометрии поверхностной сеткой).

Традиционно, в предрелизе были введены улучшения многих физических моделей. Рассмотрим наиболее значимые:

1. Изменения в моделях турбулентности:

  • Алгоритм Ментера-Лехнера для пристеночной зоны (бета опции в предыдущем релизе) теперь полнофункционально доступен для k-ε модели. Данный метод не использует двухслойный подход, а применяет низкорейнольдсовую формулировку, которая предназначена для обхода недостатков k-ε модели.
  • Все DES модели и алгебраическая WMLES модель были усовершенствованы для получения более точных решений на полиэдрических сетках.
  • Доступна новая k-omega модель (BSL). В ней устранена чувствительность к условиям течения вне пограничного слоя, как у стандартной  модели k-omega, однако она не предсказывает должным образом точки отрыва и присоединения для гладких поверхностей по сравнению с моделью SST k-omega.

2. Изменения в моделях теплообмена и излучения:

  • При использовании S2S модели теперь можно записывать угловые коэффициенты в бинарные файлы для уменьшения времени записи и чтения файлов.
  • Теперь метод трассировки лучей в рамках модели S2S позволяет вычислять угловые коэффициенты между группами поверхностей. Метод трассировки лучей также дает возможность использовать симметричные и периодические границы при вычислении угловых коэффициентов от группы поверхностей к группе.
  • Пользователи могут произвольным образом определить профиль тепловыделения, используя новый функционал UDF.

3. Горение и перенос компонентов:

  • В методе химический агломерации теперь можно напрямую определять размер температурных интервалов, используемых в алгоритме группировки.
  • Возможность использовать UDF для определения скорости зародышеобразования и коагуляции частиц сажи.
  • Fluent теперь содержит библиотеку реакций из CHEMKIN-CFD и при этом не требуется отдельной лицензии.
  • Возможность импортировать кинетические механизмы и базы данных термодинамических свойств из Reaction Design (CHEMKIN) во Fluent.

4. Модель дискретной фазы (DPM):

  • Доступны новые UDF для модели Лагранжевой пленки: определение режима столкновения частиц со стенкой, а также управление распределением отделяющихся частиц.

Сравнение модели по умолчанию с новым UDF, используемых для моделирования соударения частиц со стенкой

  • Новая модель пленочного кипения доступна для капель и многокомпонентных частиц лагранжевой пленки
  • Возможность передачи энергии от частиц к стенке.

5. Модель VOF:

  • Переменный шаг по времени можно задать для модели VOF в явной и неявной постановке. Благодаря данному нововведению возможно точнее оценить размер временного шага при использовании неявного метода VOF, а также повысить скорость вычислений в нестационарной постановке.
  • Усовершенствование схемы «compressive»: применимость для дисперсного режима и режима с выраженной границей раздела фаз; алгоритм работы схемы изменяется в зависимости от режима.

6. Эйлерова многофазная модель:

  • Возможность использования безытерационного алгоритма NITA для многофазных течений, что значительно увеличивает скорость расчета нестационарных многофазных задач в эйлеровой постановке.
  • Добавлена новая модель теплообмена, когда весь межфазный тепловой поток связан с массообменом.
  • При использовании модели кавитации можно задавать зависимость давления насыщения от температуры в виде аппроксимации Тэйлора первого порядка в окрестности значения температуры невозмущенного потока. Это положительно влияет на численную устойчивость в случаях с малыми температурными отклонениями.
  • При использовании модели кавитации можно учесть влияние турбулентности на порог кавитации.

7. Эйлерова модель пленки:

  • Периодические граничные условия теперь доступны с эйлеровой моделью пленки.

Основные улучшения в задании граничных условий и сеточных зон:

  • импедансное граничное условие теперь становится полнофункциональной возможностью;
  • граничное условие Transparent Flow Forcing для задания профилей входных акустических волн на границах домена позволяет выходным волнам проходить без отражения.
  • возможность определения термосопротивления контактов на границе между пористым и твердым доменом при включенном уравнении энергии.
  • моделирование вентилятора в трехмерной сеточной области, ограниченной зоной вращения лопаток, за счет создания источника в уравнении импульса. Использование модели 3D Fan Zone дает результаты, сопоставимые с результатами прямого моделирования с движущимися системами координат (MFR). При этом не требуется вращение сетки, возможно задавать ширину вентилятора в направлении течения, а также определять тангенциальную и радиальную составляющие скорости.
  • доступно моделирование случайных волн на свободной поверхности жидкости, используя волновой спектр.

Моделирование случайных волн на поверхности жидкости

Обновления также коснулись процесса распараллеливания. Введена опция сглаживания Лапласа, используемая с методом разбиения METIS. Она предотвращает прохождение границ разбиений по областям с сильно вытянутыми ячейками, что позволяет избежать проблем устойчивости, возникающие в таких случаях.

Преимущество использования метода разбиения METIS с сглаживанием Лапласа

Можно делать независимые настройки AMG-алгоритма на GPU для каждого уравнения, проверять загруженность ресурсов, скорость интерконнектов и баланс нагрузки.

К новшествам версии 16.0 ANSYS Fluent можно отнести и возможность загружать в модуль Fluent несколько сеточных моделей, созданных в ANSYS Meshing, автоматизированно передавать геометрию во Fluent Meshing через Workbench, использовать журнальный файл для автоматического создания расчетной сетки, отдельно указывать число параллельных процессов для обновления ячейки Mesh, а также связывать системы Maxwell и Fluent (в стационарной постановке), что теперь является полнофункциональной опцией.

В новой версии стало возможным автоматическое распознавание периодических границ во Fluent. При создании сетки в ANSYS Meshing достаточно назначить именованные наборы для периодических границ, после чего они будут автоматически распознаны во Fluent как соответствующие граничные условия.

Назначение периодических границ для Fluent