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ANSYS Fluent通用热流体软件

特征

网格灵活性

ANSYS Fluent软件的网格具有完全的灵活性,包括能相对容易地对复杂几何生成非结构网格来求解流动问题。所支持的网格类型包括三角形、四边形、四面体、六面体、棱柱体(楔形)和多面体。

ANSYS Fluent也可以基于流场结果的动态网格加密或粗化。


多面体网格能全自动生成、更少的单元、更快地收敛(和四面体网格相比)。
图中显示的是F1赛车的压力分布

精确的数值算法

ANSYS Fluent能稳健高效地求解所有的物理模型和流动类型,包括稳态或瞬态,不可压缩或可压缩流动(从低亚音速流到超高音速),层流或湍流,牛顿流或非牛顿流,理想气体或真实气体。

ANSYS Fluent具有适用于任何应用的稳健求解器:完全分离的压力基求解器,带有拟瞬态选项的耦合压力基求解器,隐式和显式的密度基求解器。


卡车的机舱和乘员舱热管理

湍流模型

ANSYS Fluent提供了多种常见的双方程模型和雷诺应力模型。然而,尤其关注的是经广泛测试的剪切应力湍流模型(SST),因其对非平衡湍流边界层流动和传热的预测有明显的优势。

Menter–Langtry γ–θ转捩模型提供给用户一个强大的工具来捕捉CFD模拟中的各类转捩。

ANSYS Fluent供了大量的尺度解析湍流模型,例如大涡和分离涡模型(LES和DES),新开发的尺度适应模拟(SAS)模型。
嵌入式LES(E-LES)选项允许在精度要求高的非稳态湍流区域使用LES,而在其余区域使用RANS模型。对壁面效应重要,但不能完全用LES模拟的流动情况,使用壁面LES(WM-LES)模型。

传热和辐射

ANSYS FLluent件有最新的共轭传热(CHT)技术,把流体动力学和固体材料的内部导热联合起来计算。固体域可以直接划分网格,或用壳模型做为薄壁模拟。相关的其它功能包括考虑通过薄挡板的导热、固体间接触面的热阻和固体表面镀膜的热阻。

ANSYS Fluent引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热,包括全透明、半透明或不透明辐射。ANSYS Fluent不同频谱模型的选项能考虑波长相关性的仿真。它也可以考虑散射的影响。

多相流

对不相混的多相流,ANSYS Fluent提供了多流体(VOF)模型。对诸如喷雾干燥、液体燃料喷雾、连续拉纤和煤粉锅炉等应用,可以使用离散相(DPM)模型。简单的DPM模型能模拟稀疏的液滴或颗粒流。对浓度高的液滴或颗粒,ANSYS Fluent提供了密相DPM(DDPM)模型。此外,由于ANSYS Fluent有离散元(DEM)模型,也可以精确地跟踪大固体颗粒间的碰撞。它也能计算像磨损等复杂现象。

对于流体或相间的穿透,ANSYS Fluent软件用欧拉多相流模型分别求解各相的方程组,或者用更经济的混合相模型。这两种模型都可以处理颗粒流动。

欧拉多相流模型具备丰富的选项来求解质量、动量和能量交换。包括许多阻力、非阻力模型,以及由于气蚀、蒸发、冷凝和沸腾引起的相变模型。此外,群体模型允许模拟不同尺寸气泡的湍流破碎和聚合效应。


流化床中的气泡
Courtesy Dr. E. Krepper, FZ Dresden.

反应流

无论是模拟燃气轮机、汽车发动机或燃煤锅炉的燃烧,还是评估建筑物内部及周围和其它结构的火灾安全,ANSYS Fluent提供了丰富的架构来模拟伴随化学反应和燃烧的流动。在ANSYS Fluent中,你可以用非预混、局部预混或预混燃烧模型来精确预测如火焰速度、位置、火焰后温度等参数。这些模型可以假设为化学平衡。在那些假设相对快速但不平衡的化学情形下,预设概率分布函数(PDF)的层流小火焰模型提供了实用且有效的方法,能求解几百个组分的详细化学反应而不需求解几百个输运方程组。
ANSYS Fluent也提供了诸如涡耗散概念、PDF输运、及刚性有限速率反应等新模型,以及包括涡破碎和有限速率等成熟的模型。结合当地适应表格(ISAT)后,EDC或PDF输运模型的计算速度能提高一个数量级甚至更多。

扩展连贯小火焰模型(ECFM)适合像内燃机这类特殊的应用。

ANSYS Fluent中的反应流模型能处理大量的气体、煤和液体燃料燃烧模拟。同时也包括预测SOx 生成、NOx 生成和分解的特殊模型。该技术的表面反应功能可以预测气体和表面组分的反应,也能预测不同组分间的反应,因此,能严格预测沉积和蚀刻。ANSYS Fluent的反应流模型能和真实气体模型、LES、DES湍流模型联合使用。

声学

瞬态LES对表面压力的预测能用内嵌的傅立叶变换工具(FFT)转化为频谱。Ffowcs–Williams 和 Hawkings声类比能模拟各种的声传播,从暴露的钝体到旋转风扇叶片。宽频噪声模型能基于稳态仿真的结果预估声源。


NACA0012翼型尾缘噪声的气动声学模拟

动网格

ANSYS Fluent的动网格能解决一些挑战性的应用,包括内燃机流动、阀门、油箱分离。有包括层铺、光顺和网格重划分几种不同的网格重建格式,可以在一个仿真中按需对不同部件使用不同方式。只需要初始网格和边界运动描述,关键帧网格替换能在求解过程中根据一系列提前生成的网格进行替换(自动或手动)。内嵌的六自由度求解器能用于无约束的运动,如油箱分离、船体水动力、导弹发射和油箱晃荡。动网格和ANSYS Fluent中大量其它模型兼容,包括喷雾破碎和燃烧模型、自由液面预测的多相流模型和可压缩流等。
ANSYS Fluent也提供滑移网格和多重参考坐标系模型,该模型在搅拌器、水泵和涡轮机械中已被验证。

高性能计算

ANSYS Fluent提供了强大的、可扩展的高性能计算(HPC)。用户可以用ANSYS CFD HPC的并行来计算更高可信的CFD模型,包括更复杂的几何细节(如全360度叶片流道而不是单流道),更复杂的物理(如瞬态湍流而不是稳态湍流模型)组成的系统。
ANSYS Fluent引入了针对最新的多核处理器的优化,极大地从最新的处理器架构、伴有优化通讯的分区算法、以及不同处理器间的动态负载平衡中受益。ANSYS CFD HPC易于使用且能在多个系统中如期工作,包括从多核工作站到高端的HPC集群。对超过1000个处理器的系统已有线性的扩展性。

求解优化器,伴随求解器

ANSYS Fluent软件提供形状优化功能,能自动调整特定设计的几何参数,直到该设计满足优化目标。这类案例包括了汽车或飞机机翼的气动优化,喷管和管道的流量优化。
ANSYS FLluent供了开创性的伴随算法技术。通过调整几何来判断推荐改变的效果,伴随算法能让你知道如何修改几何来满足设计目标。

材料属性

针对大范围的液体、气体和固体,ANSYS FLluent丰富的材料属性库。

用户能用ANSYS Fluent环境的灵活性容易地定义任何新材料,或者定义材料属性和压力、温度、剪切应变速率等流场参数的关系式。用户能直接在ANSYS Fluent 界面里,用简单的语法或用户定义函数定义代数表达式,实现定制模型。

定制工具

对那些想要定制ANSYS Fluent软件的人来说,用户定义函数是一个流行的选择。它有完整的文档和培训案例,以及技术支持。

后处理

ANSYS Fluent的后处理工具能生成图像、动画、报告、透明和不透明面、迹线、矢量图、云图、自定义变量和场景的创建等。求解数据能输出到第三方后处理软件做进一步的分析。


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