Краткий обзор новых возможностей ANSYS CFD R16.2

В статье описаны основные улучшения программных продуктов ANSYS AIM, ANSYS Fluent, TurboGrid, Fluent Meshing и ANSYS Meshing.

ANSYS AIM R16.2

В первую очередь хотелось бы сказать о некоторых улучшениях нового программного комплекса, который предназначен для трехмерных междисциплинарных расчетов - ANSYS AIM R16.2.

В новом релизе ANSYS AIM R16.2 появилась возможность моделирования сопряженного теплообмена, в том числе теперь доступно применение различных физических моделей в разных областях расчетной области в рамках одной модели.

                

                                                                    Поле температуры ЦП с водяным охлаждением.

 

Зачастую, при решении задач сопряженного теплообмена сеточное разрешение твердотельной и жидкостной областей отличается и соответственно возникает необходимость создания интерфейса. С этой целью в обновленной версии ANSYS AIM R16.2 появилась возможность создания как конформного, так и неконформного сеточного интерфейса. Также теперь можно создать температурно-зависимый материал, например, задать коэффициент теплопроводности и теплоемкости для твердого тела.

     

                                                                                                      Автоматическое создание сеточного интерфейса на модели коллектора.

 

Добавлена возможность моделирования сжимаемых течений (дозвуковой, транс- и сверхзвуковой режимы течения) с использованием закона идеального газа.

          

           Трансзвуковое обтекание профиля крыла. Поле чисел Маха.                                                Поток сжимаемого газа, проходящий через форсунку               

                

Функционал ANSYS AIM R16.2 дополнился возможностью учета силы Архимеда с применением модели Буссинеска для несжимаемых сред и модели разности плотностей для сжимаемых течений.

   

Моделирование естественной конвекции, возникающей около нагретого цилиндра. На рисунке представлены векторы скорости и поле температуры.

 

Изменения коснулись и численных схем решателя ANSYS AIM R16.2. В частности улучшена сходимость решения по уравнениям энергии и турбулентности в случае если поток протекает тангенциально относительно выходной границы.

   

                                                                                                                   Графики невязок.

 

Расширились возможности по моделированию одностороннего FSI-анализа. В частности, теперь можно передавать поле объемной температуры и поверхностную силу.

                        

Выпускной коллектор. Механические напряжения, полученное в результате передачи поля температуры и силы, действующей со стороны жидкости. 

 

Говоря о прочностном анализе стоит упомянуть о возможности моделирования нелинейного контакта с учетом и без учета трения, с заданием значения шероховатости поверхности контакта, а также возможностью создания контактов типа «bonded» и «no-separation».

                      

Колесо поезда, посаженное на вал без проскальзывания. На рисунке отображается поле напряжений и давлений в области контакта.

 

Также появилась возможность анализа многоцикловой усталости с заданием упрощенной кривой усталости, определенной по предельному напряжению.

                                                         

                               Расчет долговечности шатуна.                                                                                                       Коэффициент запаса усталостной прочности фаркопа.     

              

Ранее в ANSYS AIM не было возможности приостановки расчета задачи или генерации сетки и пользователи вынуждены были ждать, когда все процессы завершаться полностью. В новой же версии ANSYS AIM R16.2 у пользователей появилась возможность приостановки расчета задачи или процесса создания сетки, не дожидаясь его полного завершения.

Нажмите «STOP», чтобы остановить выполнение расчета.

 

Для пользователей, которые бы хотели расширить имеющиеся функционал ANSYS AIM появилась возможность писать различные программные расширения с использованием ANSYS ACT, которые могут быть добавлены в качестве пользовательского шаблона.

          

                                                                                         Пользовательский шаблон, созданный с применением ANSYS ACT.

 

ANSYS Fluent R16.2

Улучшения коснулись алгоритма интерполяции данных при использовании метода скользящих сеток, что в свою очередь позволяет получить более точные результаты моделирования. Кроме того, увеличилась скорость работы метода скользящих сеток в параллельном режиме. Также, при использовании опции «Mapped», которая предназначена для моделирования сопряженных стенок, больше не требуется, чтобы одна из поверхностей интерфейса соприкасалась с зоной текучей среды, позволяя моделировать процесс теплообмена через интерфейс тв. тело – тв. тело.

В предыдущих версиях ANSYS Fluent возможность анализа акустического источника с использованием БПФ (Быстрое Преобразование Фурье) была доступна как бета-опция. C выходом новой версии данная опция реализована на полнофункциональном уровне.

Если говорить о турбулентных течениях, то в промежуточной версии ANSYS Fluent R16.2 корректировке подверглось вычисление теплоты за счет вязкой диссипации жидкости в случае применения пристеночных термических функций, нечувствителных к значению y+. Данное улучшение позволяет увеличить точность вычислений по сравнению с предыдущими версиями ANSYS Fluent, например, для задач в которых скорость жидкости имеет высокое значение в контрольном объеме возле стенки, если молекулярное и турбулентное число Прандтля сильно отличаются, или же если сеточное разрешение возле стенки не является удовлетворительным.

К числу усовершенствований, также можно отнести увеличившуюся скорость считывания и (особенно) записи файлов настроек (.cas) и результатов расчета (.dat) при работе в параллельном режиме с дополнительной опцией HDF I/O NODE0 (запись и считывание бинарных файлов). В версии ANSYS Fluent R16.2 скорость считывания и записи бинарных файлов увеличилась в 30 раз при использовании большого числа ядер.

Производительность ANSYS Fluent была увеличена для случаев, в которых одна и та же переменная поля течения используется для нескольких точек мониторинга. Фактически, улучшение будет зависеть от числа мониторов и частоты записи данных в данной точке. В целях увеличения эффективности работы, необходимо чтобы мониторы, использующие одну и ту же переменную поля, располагались последовательно в списке мониторов.

Кроме того, имеется ряд нововведений, реализованных на бета-уровне, которые расширяют функционал ANSYS Fluent.

 

ANSYS TurboGrid

• добавлена опция управления коэффициентом роста высоты сеточных элементов в пограничном слое. Дополнительно коэффициент роста отображается на пограничных слоях регионов hub и shroud, а также на кромке лопатки.
• улучшено качество сетки на кромках лопатки. Созданы несколько инструментов контроля за сеткой в области кромки лопатки.
• возможность управлять числом элементов на подрезанной выходной кромке (cut-off)
•  

Fluent Meshing

Новые опции доступны в режиме сеточного построения во Fluent, включая изменения последовательности действий, основанной на объектах. Имеются улучшения для многих других существующих опций, и устранены различные программные ошибки.

Последовательность действий на уровне объектов.

• Опция по выбору положений для определения loop или создания закрывающих поверхностей была добавлена к инструменту Loop Selection
• Добавлен инструмент Pan Regions, как дополнительная опция к pan specific, для проверки зазоров и щелей на выбранных областях.
• Инструмент Construct Geometry теперь включает опции для создания ограничивающей рамки или цилиндра/усеченной области для выбора  или отображения зон в графическом окне.

Пользовательский интерфейс.

• Диалоговое окно Auto Node Move теперь может быть вызвано из Cell Zones дерева проекта.
• Возможность отрисовывать ограниченные зоны ячеек теперь доступна под Cell Zones в дереве проекта.
• Опции для выбора и отрисовки зон, основанных на типе интерфейса на границе (жидкость-жидкость, жидкость – твердое тело, твердое тело - твердое тело) добавлены в контекстное меню на объектном уровне под Volumetric Regions.
• Добавлен инструмент для выбора зон или объектов, которые меньше по площади, чем текущий выбор (определение).

Прочие улучшения

• В контекстное меню добавлено несколько инструментов по контролю зон и меток (label), которые позволяют определить пользовательские метки и надписи, наносимые на зоны.
• Также был добавлен инструмент Label support для текстовых команд во Fluent Meshing для размещения их там, где это необходимо.
• Добавлены текстовые команды для установки опций CAD импорта по управлению именами зон и метками.
• Плотность сетки для теплообменника может быть определена с помощью ячейки Size.
• Метод сеточного построения Hexcore сейчас включает опцию, которая дает возможность не учитывать этап тетраэдрического сгущения сетки.
• Добавлена команда для проверки локальных размерных настроек.
• Добавлена функция запроса для вычисления месторасположения Material Point из списка поверхностных зон (face zones).

Были решены проблемы с именованными наборами, когда ошибка возникала при вызове экспорта сетки Fluent Meshing.

 

Meshing

• Новая опция Repair Overlapping Named Selections позволяет откорректировать накладывающиеся друг на друга именованные регионы до экспорта сетки в ANSYS Fluent, Polyflow, CGNS или ANSYS ICEM CFD формат, или фасеточную геометрию для использования в ANSYS Fluent Meshing.
• Инструмент Gap Tool в релизе 16.2 признан устаревшим. В версии ANSYS 17.0 он будет удален.