Новые возможности ANSYS Fluent R2

Аватар пользователя kua@plm-ural.ru
1 202

Новые возможности ANSYS Fluent R2

В целом, многофазная модель Эйлера подходит для случаев, когда образование, ограниченное поверхностью раздела фаз меньше расчетных сеток. В случае если эти образования больше расчетной сетки хороша модель объема жидкости. Но ни первая ни вторая модель не могут идеально описывать смешанные потоки (рис. 1а), такие режимы как слаггинг, разбрызгивание и дисперсный поток, содержащие в себе как большие, так и мелкие образования. На рис. 1а представлено изменение режима течения при постепенном увлечении скорости потока от 0,004 м/с до 3,2 м/с. На рис. 1б представлено изменение распределения пузырей в потоке при изменение режима течения.

 

а)

б)

 

Рис. 1 – Разрешение переходных режимов [Banowski, 2018; Montoya, 2015]

Рис. 2 – Решатель переходных процессов GENTOP

Для таких переходных режимов был внедрен новый подход GENTOP. Этот подход предполагает искусственное введение дополнительной фазы в зависимости от объемной доли твердой фазы и размер диаметра пузыря.

 

а)

б)

Рис. 3 – Объемные доли фазы а) только GENTOP фаза б) GENTOP фаза совместно с дисперсной фазой

 

На примере установки MT-loop в лаборатории NETL были выведены контуры объемной доли  фазы (искусственной фазы) и изоповерхности этой фазы. GENTOP фаза описывала крупные образования  (больше размера сетки) они представлены продолговатыми яркими следами на рис. 3а. Конечный результат объединял результаты расчета GENTOP фазы и дисперсной фазы, ответственной за мелкие пузыри.

 

В большинстве случаев законы трения для гомогенных течений дают локальную ошибку на под сеточных масштабах, что приводит к существенному увеличению ошибки при рассмотрении результатов на сеточных более крупных масштабах.

Модель трения EMMS учитывает под сеточные эффекты, и за счёт снижения локальной ошибки представляет более адекватные результаты на крупных масштабах.

 

а)

б)

в)

Рис. 4 – Моделирование кипящего слоя при использовании а) гомогенной модели трения б) фильтра Sharkar и в) модель Lu и EMMS

 

При поверочном расчете реактора с цкс NETL было зафиксировано  нефизичное описание потока вблизи граничного условия входа. Появилось расширение слоя которого быть не должно. Применение двухфазных моделей трения и EMMS показывают гораздо более правильный результат.

 

При использовании модели VOF доступны два типа дискретизации presto! и body force weighted. Первый более точный, но чувствителен к изменению размера сетки и временному шагу в виду отсутствия NITA решателя. Второй хоть и стабилен при использовании сложных сеток, но имеет ряд ограничений при работе с вязкими и закрученными потоками.

В р2 bfw дискретизация улучшается за счет подключения дополнительных функций через консоль. Таким образом ограничения этой модели сводятся к минимуму.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

Рис. 5 – Результаты расчета при использовании разных схем дескретизации а) условие задачи б) в) г) контуры фазы жидкого стекла при использовании новой и старой BFW схемы и PRESTO! д) е) ж) массовый расход на выходе

 

На примере задачи моделирования вращающегося расплава стекла не были зафиксированные типичные для этих дискретизаций скачки невязок после подключения улучшенной bfw дискретизации.

 

Рис. 6 – стабилизатор сходимости NITA

Nita детектор расхождения невязок по скорости стал доступен в р2. Он добавляет количество итерации в случае появления скачка невязок. Он работает в добавлении к уже имеющимся ограничителям скорости.

а)

 

 

б)

 

Рис. 7 – демпфирование невязок

Демпфирование невязок используемое ранее для к-омега модели теперь стало доступно и для к-эпсилон

Для задач разрушения спрея с использованием dpm постановки, задачи часто встречающихся при впрыске в камеру сгорания газовой турбины теперь доступна модель Шмеля (так же есть в cfx). Ранее этот процесс описывался моделью Мадабуши, очень схожей с настоящей, но имеющей меньше режимов.

Представленный ранее в р1 метод отслеживания частиц DPM теперь расширился и может применяться с моделями DEM и MDM. Использование этого метода предполагает разбиение сеточных элементов на подэлементы для лучшего разрешения траектории движения частиц и улучшения сходимости и стабильности.

Список выходных параметров постпроцессинга расширился добавились DPM источники для моделей горения premixed и non premixed. Окно задач панели многофазной эйлеровой модели было изменено так, чтобы спрятать из рабочей области элементы редко встречающиеся при моделировании.

Турбо интерфейс был расширен для всех компонентных моделей для всех типов интерфейсов. Это позволит выполнять расчеты совмещенных узлов камеры сгорания и лопаток турбины.

Модель влажного пара доступная ранее только для решателя на базе плотности теперь стал  доступен и для второго решателя.

Для акустических задач появилось граничное условие импеданса, который отвечает за поглощение энергии колебаний в абсорбирующих телах. Предполагает введение параметров частотного ответа.

В флюент появилась утилита способная считывать массивы данных из сторонних программ для заполнения этого гу.

Дополнительные функции модели радиации монте карло дают пользователю больше параметров для работы с гу источниками при постпроцессинге. Файлы модели s2s передаются в формате CFF, что значительно экономит время при обработке данных в сравнении со старым форматом. В гу internal emissivity теперь перенесена из термической вкладки в радиационную.

При переносе температуры в ходе связного расчета могут возникать трудности в случае наличия пограничного слоя в сетке могут возникнуть неточности, в виду того что температура неправильно относится к температуре за пределами домена. В этом случае теплообмен будет рассчитываться для конкретного значения y+. В качестве стандартного берется 300.

Неконформные сетки теперь стали доступными для механического анализа в флюенте. Теперь можно значительно сэкономить на количестве расчетных элементов, поскольку сетки структурных объектов не требуют такого же порядка точности как гидродинамические сетки.

Стали доступными более 700 материалов для твердых тел из библиотеки гранты. При наличии лицензии можно пользоваться этими материалами прямо из окна материалов флюента. В библиотеки есть такие материалы как металлы, керамика, композитные матриалы, пены, стекла, пористые материалы, ферромагнетики, полимеры и древесина.

Для расчетов роторов электродвигателей в аэродинамическом потоке улучшились условия масштабирования. В сравнении с р1 производительность увеличилась на 25%.

Рис. 8 - Производительность

При сотрудничестве с intel был создан инструмент ILU-сгущатель, за счет него производительность при использовании сдвоенного решателя увеличилась на 10-15 %.

Рис. 9 - Схема дискретизации

Корректирующие формы решения уравнений давленческого решателя ранее (р1) доступные как вспомогательные функции теперь перешли в разряд стандартных пользовательских настроек.

а)

 

б)

в)

Рис. 10 – адаптация сетки а) без адаптации б) старая адаптация в) новый подход

Новый метод адаптации сетки предложен в р2. Для динамической адаптации пока не поддерживается.

 

Во флюенте есть функция заморозки турбулентности. Ее используют в случае оптимизированной геометрии. При работе с р2, функция заморозки доступна в модели турбулентности GEKO. Но включать его рекомендуется только в случае острой необходимости, т.к. она негативно влияет на сходимость. Но тем не менее, использование этого инструмента позволяет значительно улучшить параметры потока в местах соприкосновения со стенками.

Рис. 11 – Design Tool

Для оценки того насколько удачным стал оптимизированный конструктив флюент предлагает Design Tool. С этим инструментом расчетчику легче оценить локальные изменения в потоке при изменении геометрии.

Рис. 12 - окно граничных условий

При работе с bounding surfaces важно уточнение небольшого зазора или предела по плотности упаковки. Эти параметры теперь доступны в Design Tool.

Рис. 13 - Граничные условия на поверхности

Настройки поверхностных гу (region conditions) были реорганизованы и смещены в Advanced Settings и Symmetry conditions

Прямая интерполяция была расширена возможностями работы с симметричными, движущимися интерфейсами в декартовых а так же цилиндрических координатных системах

Оптимизатор градиентов был улучшен и дополнен несколькими обновлениями для более быстрого отслеживания и диагностики оптимизационных циклов. В дополнении, результаты расчета потока обновляются после проведения оптимизации, т.о. результаты расчета всегда верны для текущей геометрии после оптимизации. В заключении, несколько стандартных параметров были добавлены для уменьшения количества входных пользовательских параметров

Рис. 14 - STL Tool

При помощи нового STL инструмента теперь можно экспортировать изоповерхности в добавок к граничным поверхностям.

Поля теперь можно инициализировать при помощи выражений. Так можно задавать объемные доли фазы в задачах VOF и Эйлера

а)

б)

рис. 16 - Параметры определяемые выражениями

Выражения теперь доступны для описания ряда параметров материалов, что дает дополнительную гибкость при определении материалов. Теперь больше не нужно писать зависимости параметров от температуры и давления с написанием udf функций, поскольку это можно сделать проще с использованием выражений. (но одновременно зависимость и от температуры, и от давления для плотности задать по-прежнему нельзя)

Выражения теперь стали доступны и в режиме построения графиков.

Доступные функции в Reference definitions были расширены новыми Mass-weighted Sum and Average functions.

В выражения были добавлены фазы и принадлежащие им компоненты, а так же номера узлов, все это может быть выбрано из раскрывающегося контекстного меню.

В Boundary Zone и Cell Zone таск панелях есть места для введения выражений.

Еще выражение может быть создано без дополнительной настройки Report Definitions

Теперь можно удалять все выражения сразу, минуя поэтапный процесс удаления, приводящий к ошибкам в зависимостях.

Выражения теперь можно экспортировать в формате tsv.

При использовании полиномов и кусочно-заданных функций для параметров материалов возможно принятия этим параметром нефизичного значения, в этом плане выражения способны избавить пользователя от подобных трудностей в ходе решения.

При настройке гу для многофазных течений выбор падает только между смесью и индивидуальными компонентами, т.е. первичная и вторичная фазы в гу стали располагаться в едином окне.

В графическом окне теперь больше не отображаются грани по умолчанию, так ускоряется процесс визуализации сетки особенно ярко это заметно при работе с крупными сетками. Но пользователь может это исправить через окно preferences. Еще любой отображенный участок теперь можно зафиксировать в сцене и включить в композицию при выводе результатов.

Редактирование цветовых карт стало проще с внедрением более ясного разделения и инструмента захвата цвета.

Многие установленные цветовые карты, установленные по умолчанию, включают варианты с высокой контрастностью и количеством цветов. Т.о. количество уровней контуров изменилось.

Для расчета мнимых и RMS значений при нестационарной постановке стал доступен новый инструмент sample options. Это привнесло ряд преимуществ

Для полей больше не нужно использовать пользовательские функции

Инструмент позволяет выбирать специальные регионы в которых планируется расчет мнимых и rms параметров в отличие от аккумулирования их во всем домене

Если выбрать гу, то инструмент будет брать доступные значения из гу, а не из примыкающих расчетных элементов

Чтобы воспользоваться этим инструментом, зайдите в Sampling Options выберите зоны и параметры, по которым эти зоны будут выбираться. Нажмите >> для переноса необходимых зон в таблицу данных. В таблице данных может храниться не более 50 зон.

Комментарии

Аватар пользователя kua@plm-ural.ru

В данной статье кратко рассмотрены нововведения в программе ANSYS Fluent 2020 R2. 

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии