ANSYS 14 Update
Fluid Dynamics
Ludvík Láníček
Brno, 9. ledna 2012
1
© 2011 ANSYS, Inc.
Prezentace neobsahuje všechny informace a komentáře sdělené v rámci
semináře.
V případě otázek, nejasností, dotazů nás kontaktujte.
© 1991-2012 SVS FEM s.r.o.
Všechna práva vyhrazena.
Materiály, včetně všech částí a příloh, jsou chráněny autorskými právy.
Jakékoliv jejich užití mimo rámec autorských práv je vázáno na písemný souhlas
fy. SVS FEM s.r.o. To platí především o kopírování, překladech, mikrofiších a
zpracování elektronickými systémy.
2
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Obsah
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
3
Manipulace s mřížkou
Nastavení uživatelského rozhraní
ANSYS FSI
Numerika
Lopatkové stroje
Vícefázové proudění
Turbulence
Spalování, přestup tepla
Doplňující moduly
Shrnutí
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Manipulace s mřížkou
4
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent - Kopírování,
posunutí, rotace mřížky
●
Kopírování a posunutí oblastí (TUI)
●
Možnost vytváření kopií, posunutí a rotace
zón přímo v ANSYS Fluent
mesh/modify-zones/copy-move-cell-zone
●
Zachování vnitřních ploch při konverzi mřížky
na polyhedrální (TUI)
●
Pro následné snadnější zpracování
výsledků
mesh/polyhedra/options/preserve-interior-zones
Rozkopírované a
posunuté oblasti
5
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent - MDM
Tetra/Prism Remeshing
●
Remesh tetra sítě s prismatickou
vrstvou
●
●
●
Automatická extrakce prismatické
vrstvy a její dekompozice
Použití: Spalovací motory, hydraulika,
FSI
Remeshing tetrahedrální mřížky s
mezní vrstvou během simulace
Vylepšené algoritmy pro MDM
●
●
●
Mesh smoothing
Cutcell remeshing
Paralelní výpočet
Tetrahedrální síť s mezní
vrstvou po remeshingu
6
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX –
Mesh Deformation
●
Uživatel má možnost definovat vlastní
anizotropní difusivitu (tuhost) mřížky
●
Snadnější udržení kvalitní sítě pro obecně se
deformující mřížku.
γ y = γx
Příklad: Kostka se roztahuje
a je smykově namáhána
7
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Konečný tvar s izotropní difusivitou:
zkroucené elementy
γy ≪ γx
Konečný tvar s anizotropní difusivitou:
kvalitní elementy, možnost obecné
definice pomocí CEL
Nastavení uživatelského rozhraní
8
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS RSM
●
ANSYS Remote Solver Manager v14
●
●
Řazení výpočtu do fronty na lokálním
stroji
●
●
●
9
výpočty přes noc
Posílání výpočtů na vzdálené stroje
●
●
Fluent & CFX
distribuované řešiče
podpora UDF's
Paralelní update návrhových bodů
pomocí RSM
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD - Přednastavení
●
●
●
Rozšíření možností použití ANSYS
Workbench
Další možnosti v uživatelských
nastaveních (FL)
Pokračovaní v parametrizaci
vstupních dat
●
●
10
Reálné proměnné a profily v zónách a
nastavení oblastí
Příklady:
–
Vícefázové proudění: nukleace, coalescence, breakup
–
Interakce fází: hodnota povrchového napětí, součinitel vztlaku, restituční
koeficient
–
Kontaktní úhel (na stěnových okrajových podmínkách)
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD - Výstupy
●
Monitorování během výpočtu
●
●
●
Export zvolených dat pro rychlejší
zápis do souborů a snížení jejich
velikosti
●
●
●
Monitorování více objektů pro vztlak,
odpor a momenty
Zápis proměnných do “custom field
function” pro statistiku
Fluent – podle “cell zone” do CFD Post,
EnSight, FieldView
CFX – hodnoty pouze ze zvolených
okrajových podmínek u transientních
úloh
Vícenásobné
monitorování sil
“Custom field function”
pro statistiku
Výrazné zrychlení vytváření grafů z
transientní analýzy v CFD Post
●
zrychlení zhruba na polovinu času
Kontrolní panel výstupu v CFX
11
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX, CFD Post – Export
●
Export výsledků z CFX do jiných nástrojů
●
●
●
12
Novější knihovny pro CGNS
Podpora exportu i “face-based” oblastí
Nastavení obecného pracovního “scratch”
adresáře u CFX
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS FSI
13
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD - Remeshing
●
ANSYS Fluent
●
●
●
ANSYS CFX
●
14
vnitřní remesh
– spring/difusion, layering, remeshing
– UDF, In-Cylinder, 6-DOF, 2.5 mesh
vazby na externí optimalizační softwary
vnější remesh
– malé deformace → mesh morphing (spring)
– velké deformace → externí generátor sítě
● ANSYS ICEM CFD nebo jiný obecný, skriptovatelný program
– ANSYS CFX si během výpočtu definuje tvorbu sítě podle definovaných kritérií
(výpočetní čas, kvalita sítě, ..)
– rozdílné typy mřížky v závislosti na aktuální geometrii
● Tetra/Prism/HexaCore vs. Hexa
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Interpolation – CFD-Post
●
Rychlejší algoritmus pro interpolaci mřížky
●
Nový algoritmus (Octree) výrazně zrychluje namapování externích dat
–
●
15
volba v “Options” v CFD-Post
V prostředí ANSYS Workbench lze CFD-Post používat pro 1-way FSI
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS 2-way FSI
●
Několikastupňová kontrola
konvergence
●
●
●
●
●
zachování profilu zatížení
zachování globálních parametrů
Spojení přes různé platformy OS
●
16
Time Loop
Coupling / Stagger Loop
Field Loop
Interpolace zatížení mezi jednotlivými
mřížkami (GGI)
●
●
konvergence samotného pole
konvergence mezi jednotlivými poli
konvergence přes čas
podpora různých postupů paralelních
výpočtů
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
End Field Loop
End Coupling / Stagger Loop
End Time Loop
ANSYS CFX od verze 11 (2005)
ANSYS Fluent od verze 14 (2011)
2-way FSI: ANSYS & Fluent
●
Spojení pomocí modulu “System Coupling”
●
●
●
●
Časově ustálený/transientní výpočet
Výsledky jsou integrovány do CFD-Post
Základní rozhraní přes Workbench
●
●
17
RSM není podporováno
Možnost restartu FSI výpočtu
●
●
podpora výpočtu na kombinaci OS
Paralelní výpočet s pomocí ANSYS HPC
●
●
Windows, Linux
Možnost spouštění z příkazového řádku
●
●
přenos sil a posunutí
●
●
●
●
doporučováno v prostředí ANSYS Workbench
Parametrizace, optimalizace, návrh designu
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
V součastné verzi je podporován jen přenos sil
a deformací.
Přenos teplot (2D, 3D) není podporován.
Pro FSI není podpora pro CutCell a
Polyhedralní elementy.
Není dovolen lokální remeshing na FSI
rozhraních.
2-way FSI: ANSYS & Fluent
●
ANSYS
●
●
–
ANSYS WB: “Fluid Solid Interface”
–
ANSYS MFX: MF* příkazy
FLUENT
●
18
zachováno stejné zadávání jako pro ANSYS CFX
platí stejné možnosti a omezení jako pro deformující se mřížku
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
2-way FSI: ANSYS & Fluent
●
System Coupling
●
ve verzi 14: ANSYS ↔ Fluent
●
později obecné napojení různých systémů
●
–
řídící soubor (*.sci) v *.xml formátu
–
zápis sdílených dat v HDF5 formátu
–
pracovní adresář ve struktuře WB
Spouštění z příkazového řádku
–
19
příkaz: “ansys.services.systemcoupling”
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
2-way FSI: ANSYS & CFX
Steady State/Transient úlohy
●
Přenos obecného silového a teplotního zatížení, deformací
●
Definování rozhraní přenosu informací na 2D lokacích
ANSYS
●
●
●
●
CFX
●
●
●
Možnost specifikace jak v prostředí ANSYS Classic, tak Workbench
– detailní definice s pomocí MF* příkazů
– interaktivní zadávání v prostředí Workbench
Plná podpora Expressions, Parameters
Řízení běhu FSI analýzy z prostředí CFX Solver Manager
CFD-Post
●
●
Vyhodnocení výsledků z FSI analýzy
FEM (*.rst, *.rth, *.rmg) & CFD výsledky
Školící příklad pro CFX FSI z v13 “Forced Modal Vibration”:
Vynucené kmitání - Přechodová vázaná fyzikální uloha s rozkladem do vlastních tvarů
20
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
FSI: ANSOFT ↔ Fluent
●
Přenos tepelných ztrát z Maxwellu na model Fluentu
●
●
21
Interpolace výsledků z EMAG mřížky na CFD mřížku pro výpočet CHT analýzy
–
oteplení částí elektrických strojů, chlazení motorů, generátorů, …
–
návaznost na 1-way FSI: Fluent → ANSYS
–
2-way: Fluent ↔ ANSOFT (β),
Požaduje instalaci obou softwarů
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Numerika
22
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD – Adjoint Solver
●
Fluent “Adjoint Solver” je plně otestován,
zdokumentován a podporován ve verzi 14.0
Tvarová citlivost pro přítlačnou sílu na F1
“Adjoint equation” = adjungovaná rovnice
Dává informace o charakteru proudění tam kde je
velmi obtížné, či drahé jinak zjistit požadovaná data
Počítá odvozené inženýrské parametry s ohledem
na vstupy do systému
–
●
●
–
●
●
Adjoint solver počítá čistou hydrodynamiku
–
nestlačitelné, časově ustálené proudění
–
laminární, turbulentní se standardní stěnovou funkcí
–
diskretizace v prostoru 1. řádu, “frozen turbulence”
–
b.c.'s: “wall”, “velocity inlet, pressure outlet,
symmetry
Robustní i pro velké modely
–
23
odpor, vztlak, tlaková ztráta
testováno na modelech o 15M elementů
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Tvarová citlivost pro vztlak na profilu
NACA 0012
Lift Force (N)
Geometry Predicted Result
Original
--555.26
Mod. 1
577.7
578.3
Mod. 2
600.7
599.7
Mod. 3
622
621.8
ANSYS CFD –
Mesh Morpher & Optimizer
●
Deformace mřížky na základě váhových funkcí v
jednotlivých kontrolních bodech
●
●
●
●
●
Rychlejší přepočet mřížky
Deformace mřížky jen na určených okrajových
podmínkách
Snadnější kontrola běhu optimalizačního procesu
●
●
Ukládání a vykreslování hodnot objektových funkcí v
závislosti na číslu iterace optimalizace
Možnost TUI příkazů před a po optimalizační
smyčce
●
24
Hledá minimum
Vytváření vlastních optimalizační funkcí pomocí parametrů
s návazností na Design Xplorer
UDF, Scheme, Parameter
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent –
Embedded Reference Frame
●
●
●
●
Definování lokálního pohybu
oblasti pro sliding mesh
Lokální oblast (střed, osy) jsou
definovány k základní,
pohybující se oblasti
Pozice středu a os jsou pevně
vztažené k základní oblasti
Není potřeba definovat UDF
Lokální (vnořená)
oblast
Základní oblast
Střed rotace lokální
oblasti definovaný vůči
středu (0.1, 0.1) základní
oblasti
25
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent – Řešiče
●
Podvolba “high order term
relaxation” (HOTR)
●
●
●
více agresivní nastavení pro inicializaci
zlepšení konvergence
Nová základní nastavení
●
●
●
RAE-2822 Airfoil
M=0.73
AOA=2.8 deg
pro některé rovnice je základ
diskretizační schéma 2. řádu
Hybridní inicializace
Standard @ CFL=200
Diverges
NRBC pro PBNS
●
spalování
HOTR @ CFL=200
26
Standard @ CFL=100
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
HOTR @ CFL=100
Porovnání konvergence při stejných parametrech řešiče
se zapnutým nebo vypnutým HOTR pro různá CFL
ANSYS Fluent – CASM solver
●
Rychlejší konvergence pro
anizotropní mřížku (prismy)
●
●
●
●
27
RAE-Wing-body 5
M=0.8
AOA=2.0 deg
Podvolba pro implicitní DBNS
Časově ustálené úlohy
Anizotropní mřížka s velkým
roztažením elementů v lokálním
směru proudění
Mřížky s y+ blízké hodnotě 1.
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Cd
Standard
CASM
ANSYS Fluent –
“Pseudo Transient” solver
●
Urychlení konvergence pro složité výpočty
●
Kontrola rovnic pro pseudotransientní výpočty
– Zadávání v expertním panelu
244
iterací
PBCS – vypnutý “Pseudo Transient”
28
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
125
iterací
PBCS – zapnutý “Pseudo Transient” pro
všechny proměnné (standardní)
66
iterací
PBCS – zapnutý “Pseudo Transient” pro
všechny rovnice s vyjímkou energie a
složek chemického pole
ANSYS Fluent - Škálovatelnost
●
●
●
Škálovatelnost pro vyšší počet uzlů
Výpočty se sledováním sdílení dat včetně
tisku a vykreslování
Zápis optimalizace sdílení dat mezi
jednotlivými clustery
3072 jader
F1, HexaCore mřížka, 130 miliónů buněk,
zapnuté sledování sdílení dat
35
R13
R14
30
Příklad zrychlení
zápisu sdílených
dat pro 32
jádrový paralelní
výpočet na
Infinibandu
400 000
rozhraní
1 100 000
rozhraní
25
20
15
10
5
0
0
29
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
200
400
600
800
1000
ANSYS CFD Škálovatelnost, Partitions
●
●
●
●
Rychlejší rozdělení na jednotlivá jádra
Optimalizován na vícejádrové procesory
Update na nejnovější OS a Intel MPI na všech
platformách
Příprava na použití GPU
●
Aktuálně pouze pro radiaci. Výpočet
pohledových součinitelů a přepočet
záření (Fluent)
http://www.nvidia.com/object/vertical_solutions.html
●
30
Oblasti předpokládaného použití GPU v CFD
●
Zrychlení multigridu u proměnných cyklů
na zjemnění pro Jacobi/Gauss-Seidelovy
metody
●
Rychlejší ukládání Sparse (CSR) matice
●
Vykreslování výsledků v paralelním běhu
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Ukázka rychlosti výpočtu pohledových součinitelů
na různých CPU a GPU
ANSYS CFX - Partitions
P4
●
Optimalizace vytváření partitions pro
paralelní výpočty
●
●
●
31
Při vytváření partition se analyzuje počet
spojení mezi jednotlivými částmi a následně se
provede jejich optimalizace
Použití interpolace k inicializaci úloh pro
velmi rozsáhlé úlohy (>~100M uzlů)
Odstranění osamělých uzlů v partitions
pro volbu “Coupled Partitioning”
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
P6
P2
P7
P1
P8
P3
P5
Během vytváření
partitions na
jednotlivých jádrech
jsou jednotlivé části
sdružovány podle
fyzické přislušnosti
k danému
procesoru.
P1
P3
P2
P7
P5
P6
P4
P8
Compute Node 1
Compute Node 2
ANSYS CFX – Immersed Body
●
Zpřesnění modelu s volbou “Immersed
Body” (IB)
●
●
Doplňující model pro stěny.
– Pomocné uzly v definovaném osazení od
hranice IB (Boundary Face Extrution)
– Automatický interpolátor (Search Through
Elements)
– Na IB stěnách je pak definováno konstantní
smykové napětí (laminární proudění) nebo
se použije “Scalable w.f.” (turbulentní
proudění)
Standardní mřížka
Základní Immersed-Body
Výrazné zpřesnění modelování odtržení
proudu na stěně definované s pomocí IB
Immersed-Body se
stěnovým modelem
32
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX - Interface
●
Definování otevření nebo uzavření GGI
rozhraní mezi jednotlivými mřížkami
●
●
●
●
Základní GGI algoritmus pro verzi 14 je
“Direct Intersection”
●
33
Obecná CEL podmínka
Použití: Uzavírání/otevírání ventilu, rozbití okna
CEL podmínku lze definovat jako vratnou (ventily),
nebo nevratnou (zničení membrány)
Rychlejší, přesnější přepočet mezi rozdílnými
mřížkami než dosavadní “Bitmap method”
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Lopatkové stroje
34
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX –
Transient Blade Row (TBR)
Rozhraní rotor/stator
Stage
(Mixing
plane)
Frozen
Rotor
Transient
Rotor/
Stator
Transientní metody se změnou
rozvoru (pitch change)
(MFR)
Časově ustálené metody
Transientní metody
Modelování jedné, nebo několika lopatek přes řadu
Modelování celé oblasti
TBR metody transformace
Profile
Transformation
Time
Fourier
Harmonic
Transformation Transformation Transformation
*)
Nové
Transientní metody se změnou rozvoru
Jedna nebo několik lopatek
Existující
35
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
*) Existuje, není zatím přístupná pro uživatele.
ANSYS CFX –
Transient Blade Row (TBR)
●
●
Efektivní metoda výpočtu transientních dějů
pro lopatkové stroje
Použití několika modelů
●
Time Transformation (TT)
●
–
Jeden stupeň *)
–
Poryv na vstupu
–
Kmitání lopatky (flutter) *)
Fourier Transformation (FT)
–
Jeden stupeň
–
Poryv na vstupu
–
Kmitání lopatky (flutter)
–
Více stupňů *)
Referenční výpočet bez
použití TBR metody,
požadující 180° model
TBR-TT výpočet, požadující
pouze 3 statorové a 2
rotorové lopatky
Rozložení tlaku na stěnách (nahoře) a v monitorovacím
bodě (vlevo) pro axiální ventilátor.
Porovnání referenčního výpočtu s “Time Transformation”
TBR metodou.
*) Existuje, není zatím přístupné pro uživatele.
36
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX –
Transient Blade Row (TBR)
Time Transformation
Fourier Transformation
●
●
●
●
37
Plně implicitní výpočet s turbulencí je
transformován do pseudočasu (inclined time)
Výsledky z tohoto pseudočasu jsou ukládány s
použitím Fourierovy komprese dat
Výsledky jsou pak následně pro vyhodnocení
rekonstruovány do reálného času
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
●
Fourierova řada se používá pro rekonstrukci
průběhu výpočtu na periodických okrajových
podmínkách a vnitřních rozhraních.
Pro TBR výpočet s pomocí FT se používají
modely se dvěma pasážemi pro lepší sběr
hodnot a rychlejší konvergenci.
ANSYS CFX –
Přehled ANSYS TBR metod
●
●
●
●
38
Profile Transformation (PT)
●
Přístupná metoda již mnoho let
●
Jeden nebo více stupňů
●
Vhodná jen pro výpočet vzájemného ovlivnění lopatek.
Time Transformation (TT)
●
Rychlý výpočet, plně implitní metoda
●
Omezení pro “pitch ration” 0.6-1.5, pouze stlačitelné proudění
●
Určená pro axiální stroje a/nebo vyšší obvodové rychlosti
Fourier Transformation (FT)
●
Zdvojené domény, “double precision”
●
“Pitch ratio” bez omezení, i pro nestlačitelné proudění
●
Vhodné pro výpočet proudění v čerpadlech
Harmonic Transformation (HT)
●
Existuje, není zatím přístupná pro uživatele
●
Jeden nebo více stupňů, poryv na vstupu, kmitání lopatky
●
Nejrychlejší výpočet, velké nároky na paměť, plně implitní metoda
●
Přesnost výpočtu závisí na počtu aproximačních frekvencí
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX –
Transient Blade Row (TBR)
●
Podpora TBR metody v “Turbo setup”
uživatelském rozhraní
●
●
Přepočet a orientace profilů pro poryvy
na vstupu
●
●
●
39
Přepínaní mezi jednotlivými uživatelskými
rozhraními
Automatické zajištění po obvodu pokrytí
mřížky odpovídajícím profilem
Výběr profilu a definování jeho násobku k
rotaci
Vylepšený turbo-postprocessing v CFDPost
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS BladeModeler
●
Nádstavba k ANSYS DesignModeler
●
●
●
●
BladeGen je zachován, oba moduly
vzájemně spolupracují
Práce s reálnou geometrií, možnost
definice vlastních kanálů a lopatek
Určení průtočných částí, definování
lopatek, plná parametrizace
Návaznost na TurboGrid, FLUENT, CFX
●
●
●
●
40
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Zjednodušení práce
Možnost definovat více obecně
jednotlivé vrstvy
Vylepšené pomocná zobrazení
Rozšíření definování lopatek
ANSYS VISTA
●
2D kódy pro rychlou optimalizaci točivých strojů
●
●
●
●
●
●
VISTA RTD - radiální turbíny
VISTA TF - 2D výpočet proudění
Produkty firmy PCA Engineers (http://www.pcaeng.co.uk/)
Integrace do prostředí ANSYS Workbench
●
●
41
VISTA AFD - axiální ventilátory
VISTA CCD - odstředivé kompresory
– VISTA CCD (with CCM) – odstř. kompresory s charakteristikami
Provázanost s jinými moduly
– DesignModeler, BladeGen, TurboGrid, ANSYS Mesher, ..
Možnost optimalizace, definování parametrů, ..
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS VISTA TF
●
2D výpočet proudění přes několik
stupňů
●
●
●
●
Výpočet v řádu sekund
Vyhodnocování výsledků v CFD Post
●
●
●
2D konformní zobrazení
Grafy, expressions, reporty
Integrovaný do prostředí ANSYS
Workbench
●
●
42
plyny, kapaliny
modely ideálních, nebo reálných plynů
Návaznost na BladeModeler, BladeGen,
TurboGrid, CFX, Fluent, …
Parametrizace, optimalizace
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD-Post –
Lopatkové stroje
●
Možnosti turbo-postprocesingu v CFD-Post
●
●
●
●
Možnost získání hodnot z definovaných křivek
Snadnější nastavení monitorovacích bodů pro
lopatkové stroje
●
43
Snížena potřeba exportu dat a externí manipulace s
nimi
Přímý přístup k změnám na proudnici v rozložení po
výšce pro obvodové průměrování
– Rozdíl nebo poměr spočtených proměnných,
např. tlakový poměr
Definování ve válcovém souřadném systému
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Vícefázové proudění
44
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD –
Vícefázové proudění
Přesnější modelování přestupu tepla a
látky pro kombinaci nízko a vysoko
výparných složek ve stejné simulaci
●
●
45
2.00E-03
Nový model sprejů pro vysoká Weberova
čísla
●
●
Vypařování je řízeno přes konvekci a difuzi
2.50E-03
Dp (m)
●
Diffusion-controlled
Convection Diffusion-controlled
Experimental Data – symbols
“Stochastic Secondary Droplet Breakup Model”
(SSD)
1.50E-03
1.00E-03
5.00E-04
0.00E+00
0
1
2
3
time (s)
Single droplet experiment of Wong-Lin
Vylepšený tracking pro DPM u pohybující
se a deformující se mřížky
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
4
Hiroyasu spray bomb, p = 5 MPa
5
ANSYS CFX –
Vícefázové proudění
●
Jednodušší definování vícenásobného
vstřikování částeček na rozdílných lokacích
nebo různých směrech
●
●
●
Přímé definování vstřikování s tangenciální
složkou (swirl)
●
●
46
Definovaní lokálního souřadného systému pro každý
samostatný “Particle Injection Region”
Snadnější definování pro vícebodové vstřikování,
rozstřikovače, čističe plynů, ...
Použití CEL pro jednodušší definování válcových
složek jako fce(pozice, času, …)
Rozšíření LISA primary breakup modelu pro
“pressure-swirl” atomizéry
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX –
Vícefázové proudění
●
Přesnější predikce chování kapiček v
přehřáté oblasti
●
●
47
Model látkového přestupu v závislosti na stupni
přehřátí (Teplota kapičky překročí teplotu varu.)
Rozdíly v teplotě kapičky na povrchu a uvnitř
– Teplota rozhraní definovaná na základě
energetické rovnováhy mezi vnitřním a
vnějším přestupem tepla částečky
– Poměr vnitřního přestupu tepla podle
empirické korelace Adachiho
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX –
Vícefázové proudění
●
Definování obecných proměnných pro částečky
●
●
●
Možnost definování pomocných proměnných
(“Additional Variables” - AV) pro částečky
●
●
●
Obdoba k AV proudového pole
Pouze skalární hodnoty
Rozšíření možností zpracování výsledků z
“particle track” ANSYS FLUENT v CFD-Post
●
48
Opakovaný zápis rozložení proměnných částeček na
okrajových podmínkách do *.csv souboru pro
následovné zobrazení v CFD-Post nebo v jiných
programech
Sledování interakce částeček na stěně v definované
oblasti
– Okamžitá nebo časově integrovaná
Histogram
rozložení
velikosti
částeček na
výstupu
Vektorové proměnné a velikost průměru
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Přes čas integrovaná
hmotnost částeček v
kontaktu se stěnou
ANSYS Fluent –
Fluent Post, Particles
●
Jednodušší analýza a vizualizace
částeček
●
●
●
●
49
Zobrazení částeček jako koule s
proměnnou velikostí
Zobrazení vektorů nebo válečků
naznačující směr rychlostí, sil, ..
Filtrování zobrazovaných částic
Obdobné vlastnosti jako v CFD-Post
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent – DPM
●
Průměrování přes uzly pro DPM zdrojové členy
a DDPM objemové zlomky
●
●
●
●
●
●
●
Standardní průměrování ukládá všechny objemové
zlomky do jedné buňky
Přes uzly průměrování rozkládá objemový zlomek do
několika buněk z hodnot na uzlech mřížky
Podpora několika způsobů průměrování
Výrazně snížená citlivost na velikost sítě
Zlepšená konvergence u časově ustálených úloh
Dovoluje delší časové kroky u transientních úloh
Požaduje více paměti
0.013
standardně
průměrovaný objemový
zlomek
0.0
přes uzly průměrovaný
objemový zlomek
50
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX - Kondenzace
●
Modelování globálního vlivu
kondenzace bez vlastního modelování
fázové změny
●
●
●
51
Jeden materiál s více složkami
– Směs kondenzující a nekondenzující
složky
Kondenzovaná složka se definuje ze
zdrojového členu na stěnách a CHT
rozhraních jako funkce koncentrace v
mezní vrstvě
– Film kapaliny není modelován
Použití: Jaderná energetika
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Kondenzace vody na stěně
tepelného výměníku
(rozhraní fluid-solid)
ANSYS Fluent - VOF
●
●
●
Robustnější výpočet a rychlejší konvergence pro VOF u
časově ustálených úloh díky coupled VOF
Možnost vlastního vyvážení mezi stabilitou a přesností
●
“Rhie-Chow face flux interpolation”
Povrchové napětí lze definovat jako funkci libovolné
proměnné (teplota)
●
Continuum Surface Force/Stress
Coupled VOF po 500 iteracích
Coupled p-v, segregated VOF
po 1400 iteracích
●
52
Pro modelování Marangoniho efektu není potřeba
explicitního nastavení VOF
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent – Eulerovské
vícefázové proudění
●
Linearizace pro uživatelem definovaný
látkový přestup
●
●
Možnost definování velikosti přestupu v
závislosti na tlaku
Vylepšená numerická stabilita pro uživatelem
definovaný látkový přestup u stlačitelných médií
– Možnost definání větších časových kroků
Kavitace v trysce s použitím
linearizovaného látkového přestupu
VOF kapaliny
Absolutní tlak
53
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
●
Rozšíření možností pro objemový var
●
●
●
●
Kritická hustota tepelného toku
Lepší přechod mezi oblastmi s bublinami a
kapičkami
Objemový var s rozložením velikosti kapiček
pomocí “Interfacial Area Concetration” (IAC)
modelu
– Přesnější výpočet plochy mezi fázemi pro
přestup tepla a látky při nerovnovážných
podmínkách varu
Wall Temperature
ANSYS Fluent - Objemový var
Axial Position (m)
Porovnání experimentu s jednotlivými modely
objemového varu
Použití: Jaderná energetika, chlazení bloku
motoru
IAC model dovoluje modelovat změnu průměru
bubliny na rozdílných pozicích podél osy trubky
54
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX – Objemový var
●
Přesnější popis objemového varu
kombinováním fázové změny a proměnné
disperzní fáze
●
55
Homogenní a nehomogenní MuSiG (population
balance metoda) lze kombinovat s obecnou
fázovou změnou a RPI modelem varu na stěně
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent Eulerian Wall Film
●
Eulerovský “Wall film” model pro
modelování deště, odmrazování, …
●
●
●
Svázání hybností pro jednotlivé fáze
DPM vazby
– Spojování, rozstřikování, odtržení
kapiček na vodním filmu
Přestup tepla
Vodní film na zpětném zrcátku s uvolňováním kapiček
díky ofukování
Vstup vody
vodní film
vzduch
stěna
Q = 3000 W
3000
∆T film = Q =
= 75 K

mC P 0.01 × 4000
Zobrazení teplotního pole na stěně s vodním filmem
56
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Turbulence
57
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent - Turbulence
●
Přesnější popis stěnové funkce pro k-epsilon modely
turbulence
●
●
●
Snížena citlivost Spalart-Almaras (S-A) modelu
turbulence na hustotu sítě u stěny
●
●
Zabranění snížení drsnosti pokud je přístěnná mřížka zajemněna
Základní nastavení pro všechny simulace, kde je použita drsnost na
stěně
Upravená stěnová funkce pro S-A model turbulence
Vylepšení pro turbulentní proudění s výraznou rotací pro 1- a 2-rovnicové modely
●
přesnost je srovnatelná s RSM, za nižší výpočetní výkon
v13
Zobrazení ”curvature correction function”
na zakřiveném kanále (SST k-omega
model turbulence)
58
Turbulentní proudění po ploché desce s
definovanou drsností a přestupem tepla
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
v14
Citlivost povrchového součinitele tření na hustotu mřížky u nestlačitelné
rovné mezní vrstvy. Použitý Spalart-Almaras model turbulence.
ANSYS Fluent - Turbulence
●
●
●
●
Ukládání dat v čase je zobrazeno v GUI
Hodnotu disipace turbulentní energie (ε) lze
zobrazit v CFD-Post I pro k-omega modely
turbulence
Normálové složky Reynoldsových napětí jsou
přístupné v UDF
Zlepšená přesnost popisu turbulence v blízkosti
rozhraní fluid/porous
●
59
Stěnová funkce zahrnuje vliv solid části v porézní oblasti
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD - Turbulence
●
Nový LES model turbulence pro
vysoká Reynoldsova čísla při stěně
(Fluent)
●
●
●
Proudění přes pahorek
Možnost definovat oblast, kde se
bude proudění počítat pomocí LES,
jinde s pomocí RANS.
●
60
LES s algebraickou stěnovou funkcí
(WMLES) , na základě Smagorinského
modelu
Vnitřní proudění v kanálech
Q kritérium
Zonální LES definované s pomocí CEL
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Směšovací vrstva přepočítaná pomocí SAS
modelu turbulence na definované oblasti
Spalování, přestup tepla
61
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent –
Shell Conduction
●
“Shell conduction” spolupráce s difusními
a “partial-premixed” modely spalování
●
●
●
U spalovacích turbín části spalovacích komor,
rozváděcích plechů, …
Výměníky plynových kotlů pro domácnost, ..
Rozšíření dokumentace a post-processingu o
proměnné teploty přes stěnu a shell zónu
Oxidizer(air)
V=0.1 m/s, T = 300K
Mean Mixture Fraction=0
External Wall with
convective BC
h=2, Tinf= 300K
Fuel, V=1 m/s
T= 300K
Mean Mixture Fraction=1
Geometrie a okrajové podmínky pro
demonstrativní příklad s difusním spalováním
Teplotní pole po ose hořáku
62
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent –
Spalování, spalovací motory
●
Nástroj pro simulaci spalovacích motorů
●
●
SCR: “Selective Catalytic Recution”
●
●
Dekompozice geometrie, generace sítě, nastavení
pohybu sítě, reporting, parametrizace, …
Vylepšené odpařování a var DPM (např.
močovina)
Dynamické děje v katalyzátoru
●
●
Nerovnovážný teplotní model pro porézní část
Podpora “Dual cells” a povrchových chemických
reakcí
Teplota plynů
Teplota porézní
oblasti
63
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Kapičky močoviny a hmotnostní zlomek
čpavku na rozhraní katalyzátoru
Teplota “fluid” a “solid” části u
nerovnovážného teplotního modelu
ANSYS Fluent Reacting Channel Model
●
Reacting channel model (1D)
●
●
●
Modelování chemických reakcí v tenkých
trubkách s výměnou tepla do okolí
–
Proudění v trubkách je jednoduché, ale
chemické reakce jsou komplexní
–
Proudění okolo trubek je obecné, ale
chemické reakce v ní jsou minimální
Použití: Procesní inženýrství, krakovací pece,
reforming
Validace a verifikace modelů spalování
●
Spalování s modely reálných plynů
–
např. spalování vodíků
●
Povrchové chemické reakce
●
Turbulentní kinetické spalování
●
Turbulentní difusní spalování
●
ICE
GUI pro 1D model kanálu s chemickou reakcí
Ukázka geometrie kanálu s chemickou reakcí
64
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX - Spalování
●
Přesnější, účinné modelování spalování s CFX-RIF
●
Proměnné termodynamické podmínky
●
Uživatelem definované mechanismy
–
●
●
●
Výpis redukovaných materiálů (složek chemického
pole)
Možnost načítání mechanismu do Fluentu
Modelování spalování s inertním zbytkovým
materiálem
●
65
CHEMKIN formát
Spalování s fázovou změnou zúčastněného materiálu
(kondenzace vody)
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFX – ICE Spalování
●
Rychlejší, přesnější a více obecné
modelování neustáleného spalování
●
●
●
●
●
●
●
66
Update G-equation modelu spalování
Rozšíření uživatelských nastavení
Zlepšení stability modelu
Doplňující nastavení pro rychlost šíření
plamene a jeho tloušťku
Obecnější definice modelu zapalování
Přesnější a rychlejší přepočítání oblasti
plamene
Snadnější definice vlastností pro
neideální směsi (β)
●
ρ( p ,T ,Y i ) , d ρ/ dp , d ρ/dT
●
p(V , T , Y i ) , dp/ dV , dp/dT
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Pozice plamene určená s pomocí Gequation modelu spalování.
Doplňující moduly
67
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS Fluent - Akustika
●
Zahrnutí konvektivního členu do
FW-H akustického řešiče
●
●
●
Možnost podchytit vliv rychlosti okolí
na generovaný zvuk pro FW-H řešič
Vyšší přesnost při modelování
aeroakustického a externího proudění
Možnost modelování Dopplerova
efektu se zahrnutím pohybu
akustického zdroje a přijímače
●
2D monopól se zahrnutím konvekce
FW-H plocha zdroje
R = 1m
M = 0.2
Přijímač R = 3m
OASPL - Celková hladina akustického tlaku
Šíření hluku ze zdroje pohybujícího se
Pohybující se přijímač
konstantní rychlostí (auta, letadla)
M=0.4
Zdroj
68
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Srovnání akustického tlaku s
analytickým výpočtem při přibližování a
vzdalování se od zdroje
(Dopplerův efekt → rozdílné frekvence)
ANSYS Fluent – Battery Model
●
Fluent Battery Model: Praktický nástroj
pro simulaci baterií a palivových článků
●
●
●
●
Teplotní efekt na dynamiku baterií
Použitelný pro různé typy článků
Stabilní numerický alogitmus pro rychlou
konvergenci
Uživatelem definované vlastnosti a korelace
Teplota
Proudová hustota
Vybíjecí křivky pro prismatický Li-ion článek
69
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
ANSYS CFD - Shrnutí
ANSYS CFD verze 14 přináší řadu nových možností a vylepšení pro všechny
své produkty, jako jsou:
●
ANSYS Fluent
●
ANSYS CFX
●
ANSYS CFD-Post
pro pracovní postupy a jejich použitelnost, HPC a rychlost výpočtů,
lopatkové stroje, spalování, vícefázové proudění, přestup tepla, pro
nejrůznější aplikaci v oblasti CFD.
70
© 2011 ANSYS, Inc.
9. leden 2012
Download

ANSYS v14 - Fluid Dynamics.pdf