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ANSYS CFX
 

ANSYS CFX是一款高端的、通用的流體動力學軟件,在過去20年來已經被用來解決了廣泛的流動問題。ANSYS CFX的核心是其先進的求解技術,這是快速、穩健地獲得可靠精確結果的關鍵?,F代化的、高度并行的求解器是大量物理模型的基礎,這些物理模型能虛擬地捕捉任意和流動相關的現象。

 

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 CFX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。這一易用的平臺提供了CAD雙向參數連接,強大的幾何和網格工具,自動的項目級更新機制,遍布各處的參數管理,多場仿真管理,以及集成的優化工具。ANSYS CFX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 CFX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。所支持的網格類型包括三角形、四邊形、四面體、六面體、五面體和棱柱體(楔形)。ANSYS Workbench允許你讀入自己的CAD幾何,在ANSYS DesignModeler中準備為CFD所用,在ANSYS Mesh部件中自動或手動劃分網格。

被證實的求解技術和精確的數值算法
ANSYS CFX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。
要對工業CFD遇到的各類情況都能穩健精確的解答,必須關注離散格式。ANSYS CFX軟件缺省的高精度離散格式同時考慮了穩健和精確。自適應的中心有界數值格式能局部調整,在保證計算穩定的條件下讓離散格式盡可能地接近二階。

 

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,優化傳熱都是關鍵的。在這些應用中,其核心是精確地預測對流傳熱,其中很多情況下,對固體內的熱擴散和輻射傳熱也起著重要的作用。
ANSYS CFX軟件具備最新的共軛傳熱(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。CHT區域中固體域的網格可以單獨劃分,然后用通用網格界面(GGI)和任意非一致網格粘接起來。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、固體表面鍍膜的熱阻、以及由于運動引起的CHT固體域的對流換熱。
ANSYS CFX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。為了把效率最大化,在輻射場變化小的區域,輻射網格能自動粗化。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
● 拉格朗日顆粒輸運模型
● 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

 

化學反應和燃燒
● 提供了豐富的架構來模擬伴隨化學反應和燃燒的流動
● 提供了適用各種情況的完整模型
● 提供了渦耗散模型(EDM)和有限速率反應(FRC)模型
● 提供了實用且有效的方法,用來描述幾百種組分的詳細化學反應,而無需求解幾百個輸運方程組
● BVM模型和層流小火焰PDF模型耦合后,可以模擬火焰后端面的混合和反應
● 擴展連貫小火焰模型(ECFM)適用于燃料和氧化劑預混或局部預混

 

旋轉機械
● 具有精確、穩健和有效的模型和架構,用來模擬所有類型的水泵、風扇、壓縮機、燃氣渦輪和水輪機
● 對于旋轉機械設計和分析提供了多個產品
● 有專用的前后處理工具
● 瞬態的轉子—靜子功能以最大精度解析了部件間的真正瞬態相互影響
● 更簡單的Stage級間模型的求解比全瞬態轉子—靜子模型更快速
● 要精確捕捉動靜部件間的瞬態相互作用,有不同的選項
● 具有凍結轉子模型

 

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

 

侵入固體方法
浸入固體方法是ANSYS CFX中一種附加的FSI功能,由于該方法避免了網格變形和重新劃分,因此能模擬固體在流體域內無限制的運動。當浸入的固體在流體域內運動時,重疊區域的流場解會通過施加適當的源項進行調整,以反映固體的存在。固體的運動可以由用戶靈活定義,或者由ANSYS CFX的剛體求解器獲得。
ANSYS CFX中完全集成了隱式6自由度剛體求解器,在給定剛體的質量和轉動慣量后,施加在剛體上的力和力矩的計算結果能讓邊界、域、子域實現運動。其應用包括油箱從飛機分離、船體在波浪影響下的運動等。

強大可擴展的高性能計算能力
ANSYS CFX提供了強大的、可擴展的高性能計算(HPC)能力。用戶可以用ANSYS CFD HPC的并行來處理更可信的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。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 CFX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、不同處理器間的動態負載平衡中受益。ANSYS CFD HPC易于使用且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。

 

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 CFX提供廣泛的材料模型選項,確保沒有什么能阻止獲得最高可信結果。
針對大范圍的液體、氣體和固體,ANSYS CFX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與剪切應變相關的行為。
假設某個仿真使用了專有材料,或其它材料庫中所沒有的材料,用戶能用ANSYS CFX環境的靈活性和CEL的強大功能容易地定義任何新材料,或者定義材料屬性和流場條件如壓力、溫度、剪切應變速率等的依存關系式。用戶能直接在CFX-Pre界面里,用簡單的CEL語法輸入代數表達式,實現定制模型,而不需單獨的外部程序。這就像在紙上寫下來一樣直接。

 

定制和全項目范圍腳本
ANSYS CFX軟件提供了許多定制和自動化的選擇,包括用戶定義擴展GUI,能讓高級用戶用面向應用的語言和示意圖來創建定制的輸入面板;包括可定制的模型庫,有對復雜或重復使用案例的預先設置;包括宏和錄制文件的批處理;包括能接入Perl編程語言,實現最大限度的編程。
CFX表達式語言(CEL)和CFX命令語言(CEL)是ANSYS CFX靈活性和用戶環境的基礎。
CEL語言是一個強大的定義式語言,允許用戶在標準ANSYS CFX界面里快速直接地加入自己的定制模型。例如,用戶能用CEL加入新的物理模型,創建額外的求解變量,定義屬性關系式,設置邊界條件和分布。CEL的語法直觀易學,包括許多預定義函數和操作,能用幾種方法容易地定制仿真。
CCL是直觀的基于文本的命令文件,可用它替代圖形界面接入求解器、施加物理問題、定義邊界條件和設置求解參數。通過編輯命令文件,改變適當的數值,可以做快速的參數化研究。這讓ANSYS CFX軟件可以在批處理方式下運行,或集成在優化和設計系統中。
此外,CEL和CCL函數能被集成在ANSYS Workbench(全項目范圍)腳本工具中。在這點上,用腳本工具做參數/文件/數據管理以及設計探索研究能大大提高效率。
后處理和數據輸出
ANSYS CFX的后處理工具能產生有意義的圖片、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、自定義變量和場景構建只是后處理特征的一部分。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 CFX求解數據能把熱或壓力載荷映射到ANSYS仿真上。在單獨模式中,ANSYS CFX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。它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。通過這些功能適當地捕捉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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