© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 1 ANSYS, Inc. Proprietary© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 1 ANSYS, Inc. Proprietary
Возможности
ANSYS CFD
Новаковский Геннадий
ООО Делкам-Урал[email protected]
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 2 ANSYS, Inc. Proprietary
Гидродинамика. ANSYS CFD
• Вычислительная
гидродинамика
(CFD) сегодня - одна из
составляющих процесса
проектирования
• ANSYS CFD (FLUENT и CFX) -
признанные лидеры среди
коммерческих CFD
• Многолетний опыт успешно
применения
крупными компаниями в
различных отраслях
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 3 ANSYS, Inc. Proprietary
Сетки
• Форма ячеек Тетраэдры+призмы
Многогранные
Гексаэдры
Ортогональные (immersed body)
• Сумма технологий Gambit
T-Grid
ICEM CFD
ANSYS
CFX Mesh
TurboGrid
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 4 ANSYS, Inc. Proprietary
Решатели
• 4 решателя
гибкость при выборе
широта применения
• Pressure-Based
расщепленный
сопряженный
• Density-Based
неявный
явный
Pressure-Based
(segregated)Density-Based
(coupled)
Mass Continuity;
Update Velocity
U-Momentum
V-Momentum
W-Momentum
Pressure-Based
(coupled)
Turbulence Equation(s)
Species
Energy
Other Transport Equations as required
Mass
& Momentum
Mass,
Momentum,
Energy,
Species
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 5 ANSYS, Inc. Proprietary
Решатель
• Широкий выбор методов дискретизации
Конвективное слагаемое
Диффузионное слагаемое
Интерполяция давления (расщепленный)
Сопряжение давления и скорости (сопряженный)
• Многосеточная инициализация (FMG)
Полезна для сложных задач потока (большие градиенты
давления и скорости, громоздкие сетки).
Решаются уравнений Эйлера с точностью первого порядка
на огрубленной сетке.
Работает с решателями Pressure-Based и Density-Based
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 6 ANSYS, Inc. Proprietary
Многосеточная инициализация
Свободный конвективный поток
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 7 ANSYS, Inc. Proprietary
Физические модели
• Многофазные течения
• Сопряженный теплообмен
• Излучение
• Роторные машины
• Течения с горением и химическими
реакциями
• Турбулентность
• Библиотека свойств твердых материалов,
жидкостей, газов
• Двигающаяся сетка
• Взаимодействие среды и конструкции
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 8 ANSYS, Inc. Proprietary
Многофазные течения
• Лагранжева модель
частиц (DPM)
• VOF-модель Разрешение границы раздела
нескольких протяженных фаз
• Эйлерова модельПротяженная + дисперсная фаза
Осреднение VOF для широкого класса задач
• Модель смеси Упрощение модели Эйлера когда инерция вторичной
фазы мала
• Тепло- и массоперенос
между фазами
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 9 ANSYS, Inc. Proprietary
Многофазные течения
• Газ – жидкость
Течение с пузырями.
Капельное течение
Снарядный режим
Течение со свободной
поверхностью
• Газ - твердые частицы
Поток с мелкими частицами
Псевдосжиженный слой
• Жидкость – тв. частицы
Суспензия
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 10 ANSYS, Inc. Proprietary
Примеры многофазных течений
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 11 ANSYS, Inc. Proprietary
Сопряженный теплообмен
• Конвекция «среда –конструкция»
• Теплопроводность в твердых и пористых телах
• Теплопроводность в «тонких» стенках
• Баланс потоков при несовпадении сеток среды и конструкции
• Нет ограничений по количеству областей и материалов
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 12 ANSYS, Inc. Proprietary
Теплообмен излучением
• Модель Росселанда
• Модель Р-1
• Модель дискретных
ординат
• Модель дискретного
переноса
• «Поверхность-поверхность»
• Подмодели Спектральные модели
Рассеивание
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 13 ANSYS, Inc. Proprietary
Роторные машины
• Проверенная технология!
• Несколько стационарных и вращающихся систем координат
• Стационарный и нестационарный анализ
• От низких до сверхзвуковых скоростей
• Специализированные граничные условия
RM
S Н
ев
язки
6.2 млн узлов
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 14 ANSYS, Inc. Proprietary
Примеры расчетов турбомашин
Температура внутри
каналов охлаждения
турбины
Контуры температуры газа в сечении
камеры сгоранияЛинии тока, показывающие вторичные
эффекты, и утечку из кожуха в ступенях турбины.
Контуры давления в 15-ти ступенчатом компрессоре
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 15 ANSYS, Inc. Proprietary
Роторные машины
ANSYS Workbench
Геометрия Сетка Расчет
DesignModelerANSYS-Mesh
BladeModeler
CFX
Оптимизация
TurboGrid
ICEM CFD
Исходные
Размеры
ANSYS
Simulation
BladeEditor
FLUENT
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 16 ANSYS, Inc. Proprietary
Модели горения
• Ламинарное течение:
– Модель конечной скорости хим. реакций
• Турбулентное течение:
– Все модели
• Не смешанные компоненты:
– Модель Eddy Dissipation
– Модель Flamelet
• Полностью и частично смешанные:
– Модель Eddy Dissipation
– Модель скорости горения
• Медленная химия:
– Модель конечной скорости хим. реакций
• Быстрая химия:
– Модель Eddy Dissipation
– Модель Flamelet
– Модель скорости горения
• Вредные выбросы, ионы (NOх, CO):
– Модель Flamelet
– Модель скорости горения
– Опция FRC (все модели) для моделирования NOх
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 17 ANSYS, Inc. Proprietary
Нестационарное горение в
цилиндре водородного ДВС
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 18 ANSYS, Inc. Proprietary
Модели турбулентности
– Алгебраическая модель
– Дифференциальные моделивихревой вязкости
– Модели напряжений Рейнольдса (RSM): LRR-IP,LRR-OI, SSG
– Метод крупных вихрей LES
– Модель неприсоединенного вихря DES
– Модель адаптируемого масштаба SAS SAS-DES-LES
URANS
© 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved. 19 June 2007 ANSYS, Inc. Proprietary
Модели турбулентности во
FLUENT 12
Модель с одним уравнением Spalart-Allmaras’
Стандартная k-e модельRNG k-e модельРеализуемая k-e модельk-w модель Вилкокса(SST) k-w модель МентераV2F модельГибсона & Лаундера RSMSpeziale, Sarkar, и Gatzki’s RSMDES (SA based)LES (Dynamic Smag., WALE …)Зональный LES
Стандартная функция стенки
Масштабируемая функция стенки
Неравновесная функция стенки
Усовершенствованная/автоматическая
трактовка пристеночной области
Базовые модели турбулентности
Пристеночные опции
Модификация Като-Лаундера
Эффекты плавучести
Эффекты сжимаемости
Низкорейнольдсовые эффекты
Эффекты градиента давления
Переходная модель
SAS модель
Источниковые члены
Турбулентная вязкость
Уравнения переноса турбулентности
Настраиваемые методы
Вспомогательные модели
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 20 ANSYS, Inc. Proprietary
Двигающаяся сетка
Стратегии сеточного движения
• заданное движение с автоматическим
сглаживанием сетки,
• явное трехмерное движение по заданной
пользователем функции или по серии сеточных
файлов,
• перестроение сетки с измененной топологией,
• комбинации этих стратегий.
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 22 ANSYS, Inc. Proprietary
Двигающаяся сетка
деформация перестроение послойное
• 3 стратегии
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 23 ANSYS, Inc. Proprietary
Двигающаяся сетка
• Комбинация стратегий
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 24 ANSYS, Inc. Proprietary
Двигающаяся сетка
• Течение в шестеренчатом насосе
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 25 ANSYS, Inc. Proprietary
Адаптивная сетка
до адаптации после адаптации
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 26 ANSYS, Inc. Proprietary
Адаптивная сетка
Динамическая адаптация сетки по границе раздела фаз
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 27 ANSYS, Inc. Proprietary
Взаимодействие среды и конструкции
• Одностороннее FSI незначительные деформации
автономные решения
• Двустороннее FSI деформации влияют на параметры течение
сопряженное решение
Давление Температура Напряжения
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 28 ANSYS, Inc. Proprietary
Взаимодействие среды и конструкции
Движение жидкости при повороте баков
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 29 ANSYS, Inc. Proprietary
Взаимодействие среды и конструкции
Деформация баков
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 30 ANSYS, Inc. Proprietary
Схема сопряженного
междисциплинарного расчета
• Исследуется текучая среда– и конструкция (теплообмен)
• Вычисляются– Поле течения– Давления/Силы– Конвективный теплообмен
Теплофизика
Гидродинамика Прочность
• Исследуется конструкция
• Вычисляются– Деформации– Напряжения
• Исследуется конструкция• Вычисляются
– Температурные поля– Деформации и напряжения,
вызванные тепловым расширением
Взаимодействие
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 31 ANSYS, Inc. Proprietary
Постпроцессор ANSYS CFD
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 32 ANSYS, Inc. Proprietary
Резюме
Преимущество ANSYS CFD основано на
совокупности проверенных и
лидирующих в своей области технологий
в каждом элементе программного
комплекса.
Именно это обстоятельство
обеспечивает точность, надежность,
скорость и гибкость, дает
прекрасные результаты в применении.
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 33 ANSYS, Inc. Proprietary
Благодарю за внимание
Спасибо!
Вопросы?