Новые возможности ANSYS CFD 13 - cae-club.ru · All rights reserved. 4 ANSYS, Inc....

© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 1 ANSYS, Inc. Proprietary© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 1 ANSYS, Inc. Proprietary

Новые возможности

ANSYS CFD 13

Новаковский Геннадий

ООО «Делкам-Урал»

[email protected]

© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 2 ANSYS, Inc. Proprietary

ANSYS CFD 13

• Сокращено время вычисления при сохранении

надежности результатов

• Расширена область применения

• Робастное проектирование для оптимизации

• Пользовательская настройка и автоматизация

• Расширение и улучшение приложений для

турбомашин


ANSYS CFD 13

• Краткий обзор основных возможностей

– FLUENT

– CFX

– CFD-Post

• Специализированные

темы более детально

представлены в

вебинарах

(включая „TurboSystem‟ и Polyflow)


ANSYS FLUENT 13.0


ANSYS FLUENT 13

• Направления развития новой версии продукта

– Интеграция в Workbench, улучшение интерфейса

– Разработки для решения задач автомобильной

промышленности

– Разработки для обрабатывающей промышленности

– Разработки для решения задач судостроения

– Развитие основного решателя (задачи всех отраслей)

– Развитие большинства физических моделей


Новые возможности FLUENT 13

FLUENT в Workbench

• Более тесная интеграция– Расширена параметризация

– Поддержка редактирования

сетки во FLUENT

– Улучшения удобства

• Поддержка удаленного

решения (RSM)– Локальное

распараллеливание

– Решение для нескольких

расчетных точек

– Ограничения в описании



Сопряжение с ANSOFT

• Однонаправленное

сопряжение с ANSOFT

– Из HFSS, Maxwell, Q3D во

FLUENT. Взаимодействие

электромагнитного и

теплового поля

– Автономные пакеты (не WB)

MAXWELL

FLUENT



Численная реализация

• Улучшение устойчивости– Метод псевдо-нестационарной

релаксации

– Инициализация для гибридного решения

• На основе данных задачи

– Ограниченная дискретизация по

времени второго порядкаОценка псевдо-

нестационарной

релаксации. Задачи

Сопряжение по

числу Куранта:

Кол-во итераций

Псевдо-нестац.

сопряжение:

Кол-во итераций

Backward facing step

(turbulent: SST)

750 75

Film cooling benchmark

(turbulent: SA)

2300 1350

Flat plate, SST transition

model

1200 100

Rotor/Stator with the

mixing plane model

500 250

Centrifugal pump 220 50

Axial compressor stage 400 110

Сравнение

влияния НУ для

задачи

многоканального

теплообменника

Стандартные НУ

№ итераций = 279

Гибридные НУ

№ итераций = 102



Параллельные расчеты

• Ускорение ввода/вывода

файлов

– Чтение/запись case-

файла

– Чтение/запись файлов

параллельных частей

– Расширенная поддержка

файлов распараллеливания

• Lustre, EMC/MPFS, AIX/GPFS

– Асинхронное сжатие

данных для Linux

• Ускорение до 4-5 раз

Pdat write R12 vs 13

BMW -68%

FL5L2 4M -63%

Circuit -97%

Truck 14M -64%

Case Read Times R12 vs.

13

Truck_14m (96x) -40%

F1_30m (128x) -43%

Truck_111m (128x) -28%

F1_150m (128x) -40%



Параллельные расчеты

• Ускорение многоядерных

расчетов

– Оптимизация решателя

– Доводка DPM

• Улучшение сетки

– Ускорение обновления

скользящей сетки

– Стационарные интерфейсы

с несовпадающей сеткой

– Ряд операций с сеткой,

доступных при

распараллеливании

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 64 128 192 256 320 384 448 512

Rat

ing

SEDAN_4M Cells12.0.19

13.0.1

0

5000

10000

15000

20000

1 2 4 8 16 32

Rati

ng

of

DP

M

Кол-во ядер

Nehalem EX

mpi hybrid

Скользящий

интерфейс50 Mesh Preview

(секунд)

R12.1 R13.0

8x 9 10

16x 82 25

24x 129 25

32x 170 24

3D, 4 скользящих интерфейса, 2.1M

10.5M cells,

3K particles



Сетки и численные алгоритмы

• Работа с плохой сеткой

– Инструмент

исправления сетки

– Специальная

трактовка решателяβ

• Несколько

движущихся зон

– Вложенные MRF зоны

– MRF и двигающаяся

сетка

Исходная сетка

Исправленная сетка

Инструменты FLUENT

для исправления сетки

Использование

нескольких

вложенных зон с

вращающимися СК



Перестроение сетки решателем

• Перестроение сетки

решателем

– Покадровая смена сетки

– Замена декартовой сеткойβ

• Автоматическая и ручная

– Стало более удобным

в применении

Перестроение сетки : газодинамика ДВС

Исходная сетка Новая сетка

Интерполированное

решениеНачальное решение

Декартово перестроение сетки цилиндра ДВС

Декартово перестроение

сетки камеры сгорания



Оптимизация решения

• Сглаживание сетки и

оптимизация во FLUENT

• Присоединенный решательβ

– Прижимная сила, лобовое

сопротивление и потери давления

Сглаживание сетки и оптимизация

Цель: равномерная скорость

на выходе

перед

послеAdjoint Solver: зоны

коррекции формы

кузова по критерию

лобового

сопротивления

Adjoint Solver: направление коррекции

формы переднего крыла по прижимной силе



Турбулентность

• Модели турбулентности

– Встраиваемая LES-модель

– SAS модель

E-LES: полностью развитый поток в канале

Viscosity ratio on

iso-surfaces of

q-criterion (-500)

RANS

LES

Re=395

E-LES: пространственно затухающая турбулентность

Волновые структуры за колесом

болида F1 полученные с SAS



Многофазные течения

• Кипение на стенке

–Неравновесное кипение с недогревом

и перегретый пар

–Критическая плотность теплового

потокаβ

• Эйлерова пристеночная пленкаβ

–Двунаправленное сопряжение

уравнений импульса

–Сопряжение с DPM

• Неоднородный метод баланса

дискретной совокупности

• Сопряженный метод набора

уровней

Объемные доли пара

в канале охлаждения

твэла

Модель эйлеровой пристеночной

пленки, сопряженной с DPM для

оценки влияния дождя на автомобиль



Многофазные течения : VOF

• Улучшение численного

алгоритма

– Схема сжатия для точности и

устойчивости

• Специфика дискретизации по зоне

• Специфика дискретизации по фазе

– BGM для стационарных задач

VOF

• Расширение границ модели

– Опция «Numerical beach»

(поведение волн у берега)

– Волны высокого порядка

– Угол контакта с пористым телом

(течение в капиллярах)

Профиль своб. поверх.

• модифицированный HRIC

• BGM

• эксперимент

Сопоставление BGM схемы и опытных

данный (волны у борта судна)

Плавающее тело (на основании волновой

теории 5го порядка)



Многофазная модель Лагранжа

• Dense Discrete Phase Model

– Расширена до предела упаковки

– Выдача в(ы)ходящих потоков (как для

эйлеровой постановки)

• Нестационарный массовый расход

и скорость для зон впрыска (без

UDF)

• Доп. материалы капель для задач с

высоким давлением

• Модель KHRT разрушения капель

• Экспорт частиц в CFD Post

• DEM модель β

DDPM расширена до предела упаковки

Vof для тв.фазы

Частицы

Сравнение моделей разрушения капель

(включая KHRT) с экспериментом

DEM model: поток с

частицами во вращающейся

пирамиде. Трение учтено.



Потоки с химическими реакциями

• Модели реальных газов– Peng-Robinson, Redlich-Kwong и

Soave-Redlich-Kwong EOS

– Расширены для критических и

докритических режимов

• Химия. Ускорение вычислений.– Уменьшение размерности реакций

– Химическая агломерация

– Расчет загрязняющих веществ для

«замороженного» поля

• Новые настройки реакций– Межфазные реакции Аррениуса

– Модель характеристического времени

– Модель тонкого пламени

– Модель G-уравнения

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Тем

пер

атур

а

(K)

Осевое расстояние от сопла (м)

- Cheng et. al.

- Fluent 13

• Expt.

Результат для реального газа (критич.)

Ускорение Случ. A B C D E

Полное 3.7 5.5 6.5 6.2 4.4

Хим. уравнений 6.5 42.2 116.3 69.0 11.6

Химическая

агломерация: ДВС

нестационарный,

осесимметричный

анализ, частично

смешанные

реагенты.



Излучение

• Улучшение модели излучения

– Ускорение расчета угл. коеф.

– Многополосный спектр в P1

– Модели DO и P1 для много-

фазных эйлеровых (non-granular)

• Shell Conduction

– Ускорение создания и

удаления

– Более удобно

• Модель солнечного излучения

– Распараллелена

– Оптимизация для 1 проц.

Shell Deletion FLUENT12.0 FLUENT13.0

Parallel (16 nodes) 600 s 7 s

Parallel (32 nodes) 407 s 6 s

Shell Creation FLUENT6.3 FLUENT12.0 FLUENT13.0

(64 nodes) 14330 s 1930 s 390 s

18 млн.ячеек; 285 зон проводящих оболочек

0500

100015002000250030003500400045005000550060006500700075008000850090009500

1000010500110001150012000

0 2 4 8

Вр

ем

я в

ыч

исл

ен

ия

Кол-во процессоров

Вычисление угловых к-нтов

Поверхность

-поверхность

Трассировка лучей

Кластер-кластер



Импорт/экспорт, интерфейс пользователя

• Улучшение в удобстве применения

– Подсветка выделенной границы/поверхности

– Поддержка специальных символов для команд постпроцессора в TUI

– Кнопки в панели инструментов для стандартных видов

– Индикатор выполнения процесса при проверке сетки (Check mesh)

– Более быстрая и устойчивая графика

– Нестационарная статистика для функций пользовательских полей

(CFFs) β

• Улучшение файлов импорта/экспорта

– Основные улучшения и обновления версии

– Улучшение импорта файлов сетки CFX (def/res)

– Импорт сеток TecPlot 360, включая полиэдрические

– Распараллеливание экспорта ASCII данных

– Экспорт CFF в параллельном режиме в Fieldview


ANSYS CFX 13.0


CFX 13.0 Основные новшества.

• Основные области развития продукта

– Разработки для турбомашиностроения

• Решатель, геометрия, сетка, постпроцессор

– Разработки для энергетики

• Горение, перенос частиц, многофазные течения

– Усовершенствование основного решателя,

физических моделей, улучшение и расширение

пользовательского интерфейса


CFX 13.0 Основные новшества

• Дополнительные модели для нестационарного

моделирования лопаточных машин



• Дополнительные нестационарные модели для

задач гидродинамики каскадов лопатокβ

– При разном числе лопаток ротора и статора требуется полная

модель (360˚) для точного учета нестационарных эффектов

– Новые модели сохраняют точность нестационарных эффектов

при рассмотрении областей в 1-2 лопатки

– Объем ОЗУ, время работы ЦПУ может при этом сокращаться

на 1-2 порядка

Новые нестационарные модели

позволяют значительно

сократить область при

сохранении учета

нестационарных эффектов



• Дополнит. нестационарные

модели для каскадов лопатокβ

– Преобразование времени

• Решение для условного

“вычислительного” времени (t')

• Очень быстрая сходимость для

нестац. периодического решения

– Преобразование Фурье

• Сохраняет историю решения на

периодических границах, сдвинутых

по фазе

• Применим для более широкого

диапазона течений в сравнении с

моделью преобразования времени

Условное время (t' ) это функция от

разницы площадей и скорости ротора,



• Дополнительные нестационарные модели для

каскадов лопаток β

– Две опции для обоих методов в данном релизе

• Нестационарный ротор-статор для одной ступени

• Метод нарушения границы (т.н. „frozen gust‟)

– Преобразование Фурье также доступно для расчета флаттера

лопаток

Метод нарушения границы (frozen gust)Нестац. ротор-статор для одной ступени



• Пример проверки модели

– Для турбины с одной ступенью

получено хорошее совпадение

• Значительное снижение затрат

– Сокращение RAM : в 4–10 раз

– Снижение времени CPU: в 5–16 раз Преобразование времени

Решение для полной моделиТемпература в заданной точке

1

лоп

атка

рото

ра



• Турбомашины

– Граница выхода с радиальным

равновесием

• Пользовательское опорное

давление на радиальной границе

• Радиальное равновесие градиента

давления и центробежной силы

Может снижать необходимость

удлинения домена перед границей

выхода или интерфейсом stage

Более эффективные расчеты

cr

u

dr

dp2



• Решатель для твердых тел с 6 DOF

– Улучшение численного алгоритма

• Неявное сопряжение на

внешних итерациях

– Более удобный

• Новые CEL функции “rbstate”

– Положение и ориентация

– Скорость и ускорение

• Напр., rbstate(Position Z)@Boat

– Новый пример (tutorial)

Легкое в применение прогнозирование движения

твердых тел на основе устойчивого решателя

С разрешения BAE Systems



• Течения с частицами

– Повышение эффективности

• Затраты CPU снижены в 3-4 раза

• Полное решение сокращается

на 30-40%

– Повышение устойчивости

• Ограничение источников от частиц

в уравнениях энергии и импульсов

– Испарение многокомпонентных капель

• Расширение существующих моделей

моделей испарения жидкости для

случаев с идеальными смесями

Детальная

эволюция

струи

Изменение диаметра капель от

времени для типичного топлива



• Течения с частицами

– Модель виртуальной стенки

Соммерфельда

• Хорошо учитывает шероховатость стенки

• Эффект растет для больших значений

(Heightroughness / dparticle)

– Впрыск частиц с учетом вихря,

в локальных координатах β

• Упрощает задание большого количества

зон впрыска, вихревых впрысков

– Быстрое построение нестационарных

траекторий частиц в CFD-Postβ Зона впрыска частиц с

учетом тангенциальной

составляющей для

описания начальной

завихренности



• Эйлерова модель фаз

– Повышение устойчивости

для ключевых сил

• Сила турбулентного

рассеивания

• Сила давления тверд. фазы

– Модель конденсации на стенке β

• Основное применение: учет

эффекта конденсации в

результате падения давления

при разгерметизации

Смеситель с высокой

концентрацией тв. частиц.

Сходимость теперь

обеспечивается учетом

сил (турбул. рассеив.,

давления тверд. фазы)

(эксперимент King’s

College, London)

Конденсация воды

на стенке в зоне

интерфейса

тверд., жидк.

доменов



• Горение

– Моделирование турбулентного

скалярного потока

• Турбулентные числа Шмидта в

зависимости от компонента

• CEL выражения для турбулентных чисел

Шмидта или Прандтля

– Обновление и внедрение решателя

CFX-RIF, включая дополнит. топлива

• Бензин, дизтопливо, керосин (Jet-A)

• Свойства материалов

– Уравнение состояния Soave Redlich-Kwong

• Улучшает закритические свойства



• Горение

– Flamelet библиотеки с

T- и p-зависимостями β

– Модель горения с G-уравнениемβ

– Модель искрового зажигания,

задаваемая пользователемβ

Подъем давления (Hamamoto validation case)

показывает хорошее совпадение при

использовании библиотек с зависимостью от

T,P для задачи дожигания выхлопных газов



• Турбулентность

– Схема с ограниченными

центральными разностями (BCD)

• Устраняет нефиз. колебания

для моделей (DES/SAS/LES)

– Модель возбуждения турбулентностиβ

• Зональные модели с

разрешением масштаба

• Возбуждение управляется CEL

выражением

– Пользовательские турбулентные

пристеночные функции β

BCD: колебаний нет

Профиль

NACA 0021

Нефизичные

колебания (CD)

Турбулентный слой смешения (SAS)

инициированный моделью возбуждения

турбулентности



• Сопряженный теплообмен

в пористых телах

– Теплопроводность по твердому

материалу пористого тела

• Отдельное поле температур

для твердого материала

• Задание к-нта теплоотдачи и

площади поверхности пор

• Интерфейсы домена

– Сопряжение GGI в зависимости

от условийβ

• Открытие и закрытие границы

GGI на основе CEL

Температура твердого материала и

протекающей среды в катал. конвертере

Течение при последовательном разрушении

окон под воздействием тепла от пожара



• Расширение возможностей CFX-Pre GUI

– Представлен впервые в версии 12.0

– Применяется для множества пользовательских

приложений и доступен для общего применения….

Примеры:



• Удаленный менеджер решателя в Workbench

– Задает очередность локально и удаленно на

машинах с разделенной памятью

– Ограничения

• Некоторые виды расчетов,

требующие

дополнительных файлов

– например, flamelet

библиотеки, rgp файлы,

пользовательский

Fortran, …

• Расчеты с перестроением

сетки


ANSYS CFD-Post 13.0


Обзор новых возможностей

CFD-Post 13.0

• Объемный рендеринг

– Визуализация переменной по всему домену

– Прозрачность как функция локального значения

Визуализация дыма для оценки видимости

во время пожара

Отображение турбулентных структур

в следе за плохообтекаемым телом



CFD-Post 13.0

• Улучшение возможностей просмотра FLUENT

– Количественные и качественные результаты

• Более точная (по ячейкам) интерполяция

пользовательских переменных

• Плавное распределение через согласующиеся

интерфейсы доменов

• Опция для учета внутренних

регионов сетки

– Отображение траекторий

частиц из FLUENT

• Новый формат файлов для

экспорта из FLUENT



CFD-Post 13.0

• Улучшение Turbo Post

– Макрос для обработки

результатов, полученных на новых

нестационарных моделях для

каскадов лопаток

– Точечное распределение по

высоте лопатки на основе сетки

• Позволяет уловить распределение

в пограничном слое на двумерном

графике

– Turbo-инициализация для доменов

с осью вращения в локальной

системе координатβ



CFD-Post 13.0

• Улучшение y(x) графиков

– Положение легенды

– Форматирование цифр на оси

– Качество графика на выходе

R12.1

R13



CFD-Post 13.0

• Поддержка

стереоизображений

– Требования:

• Спец. графическая карта

– Включая многие новые

графические карты

• Совместимый стерео-

дисплей

– Доступны многие

технологии

• Ряд других улучшений



CFD-Post 13.0

• Performance Improvements

– Improved performance of table updates

• Faster, and only update when required

– Faster case comparison of cases

• Identical meshes determined more quickly


Новые возможности

ANSYS CFD 13

Итоги


Итоги

• Достижения ANSYS CFD в версии 13.0

– Уменьшение полного времени расчета с сохранением

точности• Улучшение процесса, эффективности решателя, …

– Increased Overall Coverage of Evolving CFD Needs• Новые и улучшенные физич. модели, сопряжение процедур, …

– Робастное проектирование для оптимизации• Оптимизация решения, присоединенный решатель, исследование

конструкции…

– Кастомизация и автоматизация• Параметризация, доступ к модели, удобство, ввод/вывод, …

– Улучшение и расширение приложения для турбомашин• Нестационарные модели для каскадов лопаток, геометрия, сетка,...


Спасибо за

внимание!

Вопросы?

Новые возможности ANSYS CFD 13 - cae-club.ru · All rights reserved. 4 ANSYS, Inc....

Documents

Transcript of Новые возможности ANSYS CFD 13 - cae-club.ru · All rights reserved. 4 ANSYS, Inc....