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. 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 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 2 ANSYS, Inc. Proprietary
ANSYS 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. Proprietary
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 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 5 ANSYS, Inc. Proprietary
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 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 6 ANSYS, Inc. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
Новые 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. Proprietary
ANSYS CFX 13.0 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 21 21 ANSYS, Inc. Proprietary
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 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 22 ANSYS, Inc. Proprietary
CFX 13.0 Основные новшества • Дополнительные модели для нестационарного моделирования лопаточных машин © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 23 ANSYS, Inc. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
CFX 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. Proprietary
ANSYS CFD-Post 13.0 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 39 39 ANSYS, Inc. Proprietary
Обзор 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. Proprietary
Обзор 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. Proprietary
Обзор 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. Proprietary
Обзор 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. Proprietary
Обзор 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. Proprietary
Обзор 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. Proprietary
Новые возможности ANSYS CFD 13 Итоги © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 46 46 ANSYS, Inc. Proprietary
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,... © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 47 ANSYS, Inc. Proprietary
Спасибо за внимание! Вопросы? © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved. 48 48 ANSYS, Inc. Proprietary
Вы также можете почитать