Новаковский Геннадий ООО "Делкам-Урал" - ANSYS CFD 13 Новые возможности
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Новые возможности
ANSYS CFD 13
Новаковский Геннадий
ООО «Делкам-Урал»
ngs@delcam-ural.ru
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 11 ANSYS, Inc. ProprietaryANSYS 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 2 ANSYS, Inc. ProprietaryANSYS CFD 13
• Краткий обзор основных возможностей
– FLUENT
– CFX
– CFD-Post
• Специализированные
темы более детально
представлены в
вебинарах
(включая „TurboSystem‟ и Polyflow)
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 3 ANSYS, Inc. ProprietaryANSYS 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 5 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 6 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Сопряжение с ANSOFT
• Однонаправленное
сопряжение с ANSOFT
MAXWELL
– Из HFSS, Maxwell, Q3D во
FLUENT. Взаимодействие
электромагнитного и
теплового поля
– Автономные пакеты (не WB)
FLUENT
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 7 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Численная реализация
• Улучшение устойчивости Сравнение
влияния НУ для
– Метод псевдо-нестационарной задачи
релаксации многоканального
теплообменника
– Инициализация для гибридного решения
• На основе данных задачи
Стандартные НУ
– Ограниченная дискретизация по № итераций = 279
времени второго порядка
Оценка псевдо- Сопряжение по Псевдо-нестац.
нестационарной числу Куранта: сопряжение:
релаксации. Задачи Кол-во итераций Кол-во итераций
Backward facing step 750 75
(turbulent: SST)
Film cooling benchmark 2300 1350
(turbulent: SA)
Гибридные НУ
Flat plate, SST transition 1200 100
model № итераций = 102
Rotor/Stator with the 500 250
mixing plane model
Centrifugal pump 220 50
Axial compressor stage 400 110
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 8 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Параллельные расчеты
• Ускорение ввода/вывода Case Read Times R12 vs.
13
Pdat write R12 vs 13
файлов Truck_14m (96x) -40%
BMW -68%
F1_30m (128x) -43% FL5L2 4M -63%
– Чтение/запись case- Truck_111m (128x) -28% Circuit -97%
файла F1_150m (128x) -40% Truck 14M -64%
– Чтение/запись файлов
параллельных частей
– Расширенная поддержка
файлов распараллеливания
• Lustre, EMC/MPFS, AIX/GPFS
– Асинхронное сжатие
данных для Linux
• Ускорение до 4-5 раз
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 9 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Параллельные расчеты
25000
SEDAN_4M Cells
12.0.19
• Ускорение многоядерных 20000
13.0.1
расчетов 15000
10000
– Оптимизация решателя
Rating
5000
– Доводка DPM 0
Nehalem EX
0 64 128 192 256 320 384 448 512
20000
• Улучшение сетки 10.5M cells, mpi hybrid
Rating of DPM
15000 3K particles
– Ускорение обновления 10000
скользящей сетки 5000
– Стационарные интерфейсы
0
1 2 4 8 16 32
Кол-во ядер
с несовпадающей сеткой Скользящий 50 Mesh Preview
интерфейс
– Ряд операций с сеткой, R12.1
(секунд)
R13.0
доступных при 8x 9 10
16x 82 25
распараллеливании 24x 129 25
32x 170 24
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 10 3D, 4 скользящих интерфейса, 2.1M ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Сетки и численные алгоритмы
Исходная сетка
• Работа с плохой сеткой Инструменты FLUENT
для исправления сетки
– Инструмент
Исправленная сетка
исправления сетки
– Специальная
трактовка решателяβ
• Несколько
движущихся зон
– Вложенные MRF зоны
– MRF и двигающаяся
сетка Использование
нескольких
вложенных зон с
вращающимися СК
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 11 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Перестроение сетки решателем
Перестроение сетки : газодинамика ДВС
• Перестроение сетки
Исходная сетка Новая сетка
решателем
– Покадровая смена сетки
– Замена декартовой сеткойβ
• Автоматическая и ручная
Начальное решение Интерполированное
– Стало более удобным решение
в применении
Декартово перестроение
сетки камеры сгорания
Декартово перестроение сетки цилиндра ДВС
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 12 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Оптимизация решения
• Сглаживание сетки и перед
оптимизация во FLUENT
• Присоединенный решательβ
– Прижимная сила, лобовое
сопротивление и потери давления
Adjoint Solver: зоны после
коррекции формы
кузова по критерию
лобового
сопротивления
Сглаживание сетки и оптимизация
Цель: равномерная скорость
на выходе
Adjoint Solver: направление коррекции
формы переднего крыла по прижимной силе
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 13 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Турбулентность
E-LES: пространственно затухающая турбулентность
• Модели турбулентности
– Встраиваемая LES-модель
– SAS модель
RANS Re=395
LES
Viscosity ratio on
iso-surfaces of
Волновые структуры за колесом q-criterion (-500)
болида F1 полученные с SAS E-LES: полностью развитый поток в канале
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 14 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Многофазные течения
• Кипение на стенке Объемные доли пара
–Неравновесное кипение с недогревом в канале охлаждения
твэла
и перегретый пар
–Критическая плотность теплового
потокаβ
• Эйлерова пристеночная пленкаβ
–Двунаправленное сопряжение
уравнений импульса
–Сопряжение с DPM
• Неоднородный метод баланса
дискретной совокупности
Модель эйлеровой пристеночной
• Сопряженный метод набора пленки, сопряженной с DPM для
уровней оценки влияния дождя на автомобиль
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 15 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Многофазные течения : VOF
Профиль своб. поверх.
• модифицированный HRIC
• Улучшение численного • BGM
• эксперимент
алгоритма
– Схема сжатия для точности и
устойчивости
• Специфика дискретизации по зоне
• Специфика дискретизации по фазе
Сопоставление BGM схемы и опытных
– BGM для стационарных задач данный (волны у борта судна)
VOF
• Расширение границ модели
– Опция «Numerical beach»
(поведение волн у берега)
– Волны высокого порядка
– Угол контакта с пористым телом
(течение в капиллярах)
Плавающее тело (на основании волновой
теории 5го порядка)
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 16 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Многофазная модель Лагранжа
DDPM расширена до предела упаковки
• Dense Discrete Phase Model
– Расширена до предела упаковки Частицы
– Выдача в(ы)ходящих потоков (как для
эйлеровой постановки)
Vof для тв.фазы
• Нестационарный массовый расход
и скорость для зон впрыска (без
UDF)
Сравнение моделей разрушения капель
• Доп. материалы капель для задач с (включая KHRT) с экспериментом
высоким давлением
• Модель KHRT разрушения капель
• Экспорт частиц в CFD Post
• DEM модель β
DEM model: поток с
частицами во вращающейся
пирамиде. Трение учтено.
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 17 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Потоки с химическими реакциями
Результат для реального газа (критич.)
• Модели реальных газов 4000
– Peng-Robinson, Redlich-Kwong и 3500 - Cheng et. al.
- Fluent 13
3000
Температура (K)
Soave-Redlich-Kwong EOS • Expt.
2500
– Расширены для критических и 2000
докритических режимов 1500
• Химия. Ускорение вычислений. 1000
500
– Уменьшение размерности реакций 0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
– Химическая агломерация Осевое расстояние от сопла (м)
– Расчет загрязняющих веществ для Химическая
«замороженного» поля агломерация: ДВС
нестационарный,
• Новые настройки реакций осесимметричный
– Межфазные реакции Аррениуса анализ, частично
смешанные
– Модель характеристического времени реагенты.
Ускорение Случ. A
– Модель тонкого пламени B C D E
Полное 3.7 5.5 6.5 6.2 4.4
– Модель G-уравнения
Хим. уравнений 6.5 42.2 116.3 69.0 11.6
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 18 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
Излучение
Вычисление угловых к-нтов
• Улучшение модели излучения 12000
11500
– Ускорение расчета угл. коеф.
11000
10500 Поверхность
Время вычисления
10000
9500
9000
8500
-поверхность
8000
– Многополосный спектр в P1 7500
7000
6500
6000
5500
5000
– Модели DO и P1 для много-
4500
4000
3500 Трассировка лучей
3000
2500
фазных эйлеровых (non-granular)
2000
1500
1000
500
0
Кластер-кластер
0 2 4 8
• Shell Conduction Кол-во процессоров
– Ускорение создания и 18 млн.ячеек; 285 зон проводящих оболочек
удаления Shell Creation FLUENT6.3 FLUENT12.0 FLUENT13.0
(64 nodes) 14330 s 1930 s 390 s
– Более удобно
• Модель солнечного излучения Shell Deletion FLUENT12.0 FLUENT13.0
– Распараллелена Parallel (16 nodes) 600 s 7s
– Оптимизация для 1 проц. Parallel (32 nodes) 407 s 6s
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 19 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности FLUENT 13
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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 20 ANSYS, Inc. ProprietaryANSYS CFX 13.0
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 21
21 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 22 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Дополнительные модели для нестационарного
моделирования лопаточных машин
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 23 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 24 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Дополнит. нестационарные
модели для каскадов лопатокβ
– Преобразование времени
• Решение для условного
“вычислительного” времени (t')
• Очень быстрая сходимость для
нестац. периодического решения
Условное время (t' ) это функция от
разницы площадей и скорости ротора,
– Преобразование Фурье
• Сохраняет историю решения на
периодических границах, сдвинутых
по фазе
• Применим для более широкого
диапазона течений в сравнении с
моделью преобразования времени
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 25 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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
Нестац. ротор-статор для одной ступени Метод нарушения границы (frozen gust)
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 26 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Пример проверки модели 1
лоп
– Для турбины с одной ступенью атка
получено хорошее совпадение рото
ра
• Значительное снижение затрат
– Сокращение RAM : в 4–10 раз
– Снижение времени CPU: в 5–16 раз Преобразование времени
Решение для полной модели
Температура в заданной точке
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 27 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Турбомашины 2
dp u
– Граница выхода с радиальным
равновесием dr rc
• 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 28 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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)
С разрешения BAE Systems
Легкое в применение прогнозирование движения
твердых тел на основе устойчивого решателя
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 29 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Течения с частицами
– Повышение эффективности
• Затраты CPU снижены в 3-4 раза
• Полное решение сокращается
Детальная
на 30-40% эволюция
струи
– 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
Изменение диаметра капель от
времени для типичного топлива
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 30 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 31 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
Смеситель с высокой
концентрацией тв. частиц.
• Эйлерова модель фаз Сходимость теперь
обеспечивается учетом
сил (турбул. рассеив.,
– Повышение устойчивости давления тверд. фазы)
(эксперимент King’s
для ключевых сил College, London)
• Сила турбулентного
рассеивания
• Сила давления тверд. фазы
– Модель конденсации на стенке β
• Основное применение: учет
эффекта конденсации в
результате падения давления
при разгерметизации Конденсация воды
на стенке в зоне
интерфейса
тверд., жидк.
доменов
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 32 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 33 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 34 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Турбулентность Профиль
NACA 0021
– Схема с ограниченными
центральными разностями (BCD)
• Устраняет нефиз. колебания Нефизичные
для моделей (DES/SAS/LES) колебания (CD)
– Модель возбуждения турбулентностиβ
BCD: колебаний нет
• Зональные модели с
разрешением масштаба
• Возбуждение управляется CEL
выражением
– Пользовательские турбулентные
пристеночные функции β
Турбулентный слой смешения (SAS)
инициированный моделью возбуждения
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 35 турбулентности ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Сопряженный теплообмен
в пористых телах
– Теплопроводность по твердому
материалу пористого тела
• Отдельное поле температур Температура твердого материала и
для твердого материала протекающей среды в катал. конвертере
• Задание к-нта теплоотдачи и
площади поверхности пор
• Интерфейсы домена
– Сопряжение GGI в зависимости
от условийβ
• Открытие и закрытие границы
GGI на основе CEL
Течение при последовательном разрушении
окон под воздействием тепла от пожара
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 36 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• Расширение возможностей CFX-Pre GUI
– Представлен впервые в версии 12.0
– Применяется для множества пользовательских
приложений и доступен для общего применения….
Примеры:
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 37 ANSYS, Inc. ProprietaryCFX 13.0 Основные новшества
• 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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 38 ANSYS, Inc. ProprietaryANSYS CFD-Post 13.0
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 39
39 ANSYS, Inc. ProprietaryОбзор новых возможностей
CFD-Post 13.0
• Объемный рендеринг
– Визуализация переменной по всему домену
– Прозрачность как функция локального значения
Отображение турбулентных структур Визуализация дыма для оценки видимости
в следе за плохообтекаемым телом во время пожара
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 40 ANSYS, Inc. ProprietaryОбзор новых возможностей
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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 41 ANSYS, Inc. ProprietaryОбзор новых возможностей
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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 42 ANSYS, Inc. ProprietaryОбзор новых возможностей
CFD-Post 13.0
• Улучшение y(x) графиков
– Положение легенды
– Форматирование цифр на оси
– Качество графика на выходе
R12.1
R13
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 43 ANSYS, Inc. ProprietaryОбзор новых возможностей
CFD-Post 13.0
• Поддержка
стереоизображений
– Требования:
• Спец. графическая карта
– Включая многие новые
графические карты
• Совместимый стерео-
дисплей
– Доступны многие
технологии
• Ряд других улучшений
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 44 ANSYS, Inc. ProprietaryОбзор новых возможностей
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
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 45 ANSYS, Inc. ProprietaryНовые возможности
ANSYS CFD 13
Итоги
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 46
46 ANSYS, Inc. ProprietaryИтоги
• 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,...
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 47 ANSYS, Inc. ProprietaryСпасибо за
внимание!
Вопросы?
© 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 48
48 ANSYS, Inc. ProprietaryВы также можете почитать