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ANSYS Fluent
 

ANSYS Fluent軟件包含了廣泛的物理模型,能模擬工業應用中的流動、傳熱和反應,這些工業應用涵蓋了從飛機機翼的空氣外流到鍋爐的燃燒,從塔內氣泡流到鉆井平臺,從血液流動到半導體制造,以及從潔凈室設計到污水處理廠。一些特殊的模型如內燃機燃燒、氣動噪聲、旋轉機械和多相流系統也進一步擴大了軟件的應用范圍。

 

適用領域
● 輻射傳導熱

● 燃燒與化學反應 ● 聲學與噪聲

● 流固耦合

功能和特點
直觀、參數化、自動化的工作流程
ANSYS Fluent集成在統一的ANSYS Workbench平臺下,該平臺已經成為工業界最廣泛、最深入的先進工程仿真技術組合的基礎。ANSYS Fluent提供了CFD仿真中史無前例的生產力,實現仿真驅動產品設計。
● 無需繁瑣的返工即可快速地準備流動分析所需設備/過程的幾何
● 避免了相同數據模型的復制,而是在基本流動之外的物理場間一致性地共享這些數據
● 很容易定義幾何、網格、物理和后處理的一系列參數變化,只點擊一次鼠標即可自動得到一系列新的CFD結果
● 通過增加對可變性和設計敏感度的理解,改進了設備/過程的質量
●  容易設置并運行多物理場仿真

 

 

網格靈活
ANSYS Fluent軟件的網格具有完全的靈活性,包括能相對容易地對復雜幾何生成非結構網格來求解流動問題。網格類型包括三角形、四邊形、四面體、六面體、棱柱體(楔形)和多面體。ANSYS Workbench允許讀入CAD模型,在ANSYS DesignModeler中準備好后為CFD所用,在ANSYS Mesh部件中自動或手動劃分網格。ANSYS Meshing也能自動從CAD裝配體中抽取流體域,用Cutcell方法劃分網格,該方法能創建包括六面體單元或切分四面體方法的非一致網格。兩種方法都支持邊界層網格生成,這對精確解析近壁面流動區非常關鍵。ANSYS Fluent也可以基于流場結果的動態網格加密或粗化。

 

 

被證實的求解技術和精確的數值算法
ANSYS Fluent能穩健高效地求解所有的物理模型和流動類型,包括穩態或瞬態,不可壓縮或可壓縮流動(從低亞音速流到超高音速),層流或湍流,牛頓流或非牛頓流,理想氣體或真實氣體。
ANSYS Fluent具有適用于任何應用的穩健求解器:完全分離的壓力基求解器,帶有擬瞬態選項的耦合壓力基求解器,隱式和顯式的密度基求解器。

 

湍流模型
● 精確有效地捕捉湍流效應
● 多種常見的雙方程模型和雷諾應力模型
● 提供創新的模型來求解層流到湍流的轉捩
● 大量的尺度解析湍流模型
● 嵌入式LES(E-LES)選項

 

傳熱和輻射
在許多工業設備像渦輪葉片、發動機缸體和燃燒室,以及建筑和結構中,優化傳熱都非常關鍵。這些應用中,其核心是要精確預測對流傳熱,其中很多情況下,對固體內的熱擴散和輻射傳熱也有著重要的作用。
ANSYS Fluent軟件有最新的共軛傳熱(CHT)技術,把流體動力學和固體材料的內部導熱聯合起來計算。固體域可以直接劃分網格,或用殼模型做為薄壁模擬。相關的其它功能包括考慮通過薄擋板的導熱、固體間接觸面的熱阻和固體表面鍍膜的熱阻。
ANSYS Fluent引入了豐富的模型來計算各類流體和固體間的輻射傳熱,包括全透明、半透明或不透明輻射。ANSYS Fluent不同頻譜模型的選項能考慮波長相關性的仿真。它也可以考慮散射的影響。

多相流
● 能洞察難以測量的設備內部
● 能捕捉多個相間的相互作用
● 提供了多流體(VOF)模型
● 用歐拉多相流模型分別求解各相的方程組,或者用更經濟的混合相模型
● 歐拉多相流模型具備豐富的選項來求解質量、動量和能量交換


 

 

反應流
● 提供了豐富的架構模擬伴隨化學反應和燃燒的流動
● 提供了諸如渦耗散概念、PDF輸運及剛性有限速率反應等新模型
● 包括渦破碎和有限速率等成熟的模型
● 擴展連貫小火焰模型(ECFM)適合像內燃機這類特殊的應用
● 反應流模型能處理大量的氣體、煤和液體燃料燃燒模擬
● 預測SOx生成、NOx生成和分解的特殊模型
● 反應流模型能和真實氣體模型、LES、DES湍流模型聯合使用

 

 

聲學
對聲學來說,ANSYS Fluent能用幾種方法計算非穩態壓力脈動引起的噪聲。瞬態LES對表面壓力的預測能用內嵌的傅立葉變換工具(FFT)轉化為頻譜。Ffowcs–Williams和Hawkins聲類比能模擬各種的聲傳播,從暴露的鈍體到旋轉風扇葉片。寬頻噪聲模型能基于穩態仿真的結果預估聲源。

 

流固耦合
● 可以模擬固體運動對流動的影響
● 可以很容易設置流固耦合(FSI)仿真
● 允許很大的邊界位移
● 按需自動重新劃分網格的選項

 

動網格
ANSYS Fluent的動網格能解決一些挑戰性的應用,包括內燃機流動、閥門、油箱分離。有包括層鋪、光順和網格重劃分幾種不同的網格重建格式,可以在一個仿真中按需對不同部件使用不同方式。只需要初始網格和邊界運動描述,關鍵幀網格替換能在求解過程中根據一系列提前生成的網格進行替換(自動或手動)。內嵌的六自由度求解器能用于無約束的運動,如油箱分離、船體水動力、導彈發射和油箱晃蕩。動網格和ANSYS Fluent中大量其它模型兼容,包括噴霧破碎和燃燒模型、自由液面預測的多相流模型和可壓縮流等。
ANSYS Fluent也提供滑移網格和多重參考坐標系模型,該模型在攪拌器、水泵和渦輪機械中已被驗證。

 強大可擴展的高性能計算能力
ANSYS Fluent提供了強大的、可擴展的高性能計算(HPC)。用戶可以用ANSYS CFD HPC的并行來計算更高可信的CFD模型,包括更復雜的幾何細節(如全360度葉片流道而不是單流道),更復雜的物理(如瞬態湍流而不是穩態湍流模型)組成的系統。實際上,ANSYS Fluent能用64位技術并行運算包括幾十億甚至更多的網格。其結果是加強了對產品性能的洞察,而用其它方法都無法進行這種洞察。對細節的理解能產生巨大的商業益處,揭示可能導致產品失敗或隱性故障的設計問題。使用HPC理解產品性能的細節能為設計提供信心,幫助產品在市場取得最終成功。
通過加快單個CFD仿真的計算時間,ANSYS CFD HPC增加了產出。這能實現考慮多個設計思路,提供在設計早期就做出正確的決定。使用ANSYS CFD HPC能幫助工程人員更有效地開發幾乎任何產品。
ANSYS Fluent引入了針對最新的多核處理器的優化,極大地從最新的處理器架構、伴有優化通訊的分區算法、以及不同處理器間的動態負載平衡中受益。ANSYS CFD HPC易于使用且能在多個系統中如期工作,包括從多核工作站到高端的HPC集群。對超過1000個處理器的系統已有線性的擴展性。

 

求解優化器,伴隨求解器,網格變形器
ANSYS Fluent軟件提供形狀優化功能,能自動調整特定設計的幾何參數,直到該設計滿足優化目標。這類案例包括了汽車或飛機機翼的氣動優化,噴管和管道的流量優化。ANSYS Fluent也能使用 ANSYS合作伙伴的優化軟件。
另外,ANSYS Fluent提供了開創性的伴隨算法技術。通過調整幾何來判斷推薦改變的效果,伴隨算法能讓你知道如何修改幾何來滿足設計目標。用其它方法很難得到伴隨算法所提供的單個仿真的信息。伴隨算法計算工程變量相對系統輸入的變化。離散的伴隨求解器用來檢查下沉力(對F1應用),降低阻力(對汽車),減少總壓降(對管道)。對于超過1000萬網格的大規模問題,伴隨求解器依然能穩健運行,并有優異的擴展性。

 

材料屬性
流動條件會影響材料的詳細行為,如壓力或溫度對CFD結果的精度有關鍵的影響。ANSYS Fluent軟件提供廣泛的材料模型選項,確保沒有什么能阻止獲得最可信結果。
針對大范圍的液體、氣體和固體,ANSYS Fluent有豐富的材料屬性庫。理想流體和真實流體都能用成熟的高級狀態方程來模擬。對粘性和導熱系數也有很多關系式,如基于動力學理論的薩姆蘭公式。對非牛頓流體,提供了豐富的粘性模型來考慮隨剪切應變變化的行為。
假設仿真中涉及到某個專有材料,或其它材料庫中沒有的材料,用戶能用ANSYS Fluent環境的靈活性容易地定義任何新材料,或者定義材料屬性和壓力、溫度、剪切應變速率等流場參數的關系式。用戶能直接在ANSYS Fluent 界面里,用簡單的語法或用戶定義函數定義代數表達式,實現定制模型。

定制和全項目范圍腳本
對那些想要定制ANSYS Fluent軟件的人來說,用戶定義函數是一個流行的選擇。它有完整的文檔和培訓案例,以及技術支持。對經常需要重復設置的設備,如質子交換膜和固體氧化物燃料電池,以及磁流體,ANSYS全球咨詢網絡能提供或幫助創建模版。最后,大多數用戶操作在ANSYS Fluent中能被錄制、修改、并和ANSYS Workbench(全項目范圍)腳本工具結合,用于參數/文件/數據管理以及設計探索。

 

后處理和數據輸出
ANSYS Fluent的后處理工具能產生有意義的圖像、動畫和報告,讓流體動力學結果的表達更容易。透明和不透明面、跡線、矢量圖、云圖、自定義變量和場景的創建只是后處理功能的一部分。求解數據能輸出到ANSYS CFD-Post、第三方后處理軟件或CAE軟件中做進一步的分析。在ANSYS Workbench環境中,ANSYS Fluent求解數據能作為熱或壓力載荷映射到ANSYS仿真上。在單獨模式中,ANSYS Fluent能把面上的結構和熱載荷,以及體溫度輸出給第三方FEA網格。

 

知識管理已就緒
ANSYS CFD技術已經可以和 ANSYS 工程知識管理(EKM)一起使用了。ANSYS EKM系統應對仿真數據管理的挑戰,通過管理重要的仿真數據來幫助工程師,包括歸檔、備份、可追蹤、保持審核記錄、合作和知識產權保護。這些功能恰當地捕捉ANSYS CFD仿真獲得的知識,并準備好將之用于企業的工程過程。

 

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