ansys 150 流体.docx
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ansys150流体
CFD的项目级报告功能
仿真的真正价值在于从结果中得到工程设计所需的信息。
随着设计人员从一次性分析向多参数差异分析推进，仿真执行的次数也在大幅增加，因此，从每次执行的仿真中提取相关信息就变得越来越重要，因为这样才能实现投资回报的最大化。
ANSYSCFD-Post具备集成报告功能，可自动创建包含图形、数字、表格及定量计算结果的报告。
这些结果就可在项目级中收集，这就意味着设计点能产生更丰富的结果，而不只是生成数字输出参数。
设计人员能在项目中的每个设计点获取丰富的报告内容，从而快速比较不同候选设计方案的详细结果。
GPU支持流体求解器
工程师总是希望找到更加快速的解决方案，ANSYS通过尝试各种技术来帮助他们找到更加理想的方案。
在ANSYS15.0中，ANSYSFluent支持GPU计算。
这一改进可将速度提升高达2.5倍。
GPU支持3DAMG耦合压力求解器证明了ANSYS始终恪守支持客户利用全新不断发展的技术（如GPU）进行快速仿真的承诺。
将网格变形实现的外形优化法用于超大模型
在公司及工程师致力于优化产品的几何或形状时，他们需要采取快速流程才能评估不同设计方案的性能。
该流程通常包括：
定义几何结构、网格划分、求解分析、解读结果、更改几何结构、生成新网格、再次分析、比较结果并评估新的设计方案是否优于之前的方案。
这种评估流程除了耗时巨大且不具备可扩展性之外，还需要由用户来确定必须测试的形状。
因此，优化成功与否——即输入的形状经仿真后是否成为最佳设计方案——要取决于用户是否具备足够的经验和运气。
此外，每个几何形状的仿真都不会比之前的仿真省时，从而限制了这种方案的效率。
ANSYS15.0对伴随求解器（一种用于外形优化的高级技术）和网格变形器与优化器的功能均进行了扩展。
∙伴随求解器目前可支持多达3000万网格的求解问题。
伴随能量方程的核心功能已获得实现，因而可将观察量定义为热通量和温度的积分，包括均值和方差。
∙网格变形器与优化器中的控制点选择更加容易，只需鼠标右键即可点击选取。
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伴随求解器目前可支持多达3000万网格的求解问题。
更快、更精确的吹塑和热成型仿真
进行吹塑和热成型仿真的工程师需要尽快完成瞬态仿真，此外，随着进程中形状的变化，网格也会发生变化。
网格的自适应必须快速而精确。
ANSYS15.0提高精确性和并行性能：
∙在并行仿真领域，用户能将所需的内存容量减少2倍，同时计算速度翻番
∙在吹塑和热成型仿真中，网格通过单元的次级拆分可适应于较大的变形，从而提高精确度。
这种次级拆分机制业经改进可应对各向异性变形问题
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在并行仿真领域，用户能将所需的内存容量减少2倍，同时计算速度翻番
快速准确地仿真液膜
工程师需要高级模型来仿真复杂的多相流行为。
如果在物理模型方面没有取得持续进展，工程师就不得不在仿真阶段进行无数次简化，不得不接受所仿真的系统不够精确的结果，或继续倚重复杂问题物理实验。
壁面液膜和蒸发冷凝领域仿真取得的重大进展：
∙欧拉壁面液膜模型已经得到扩展，现在可兼容移动壁面、移动参考坐标系（对旋转机械应用至关重要）以及周期性边界条件。
此外，冷凝与蒸发也可使用欧拉模型与混合多相流模型进行仿真。
这些扩展有助于模拟飞机部件的湿运行、航空航天舱内冷凝以及汽车挡风玻璃结雾和除雾分析。
∙蒸发与冷凝应用：
将新型热相变模型与蒸发/冷凝模型相结合能够显著提高相变仿真精度。
流体与装配式固体之间传热的改进
对许多产品而言，流体与薄壁的换热现象在决定产品性能方面起着关键作用。
以汽车发动机罩和罩下空气通风之间的传热为例，其面临多种挑战：
∙流体体积大小可远大于固体厚度。
能够在这两种不同的长度尺度间仿真传热极具挑战性
∙装配式固体结构可由具有不同热特性的不同材质层制作而成。
∙装配式固体结构可由复合材料制成，其散热性能也会呈现很大变化。
到现在为止，这些仿真需要在薄的装配式结构中生成实际网格，这一过程往往需要花费数小时或数天的时间。
采用ANSYS15.0，用户不需要在这些薄结构里划分体网格。
发动机舱内热管理应用将从这一新功能中获益。
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多层壳导热功能可模拟接触的多层材料（同种材料或不同材料）的传热，而无需再对薄壳划分体网格。
许多旨在仿真流体和装配式结构之间复杂传热现象的新功能现已可以使用。
∙多层壳导热功能可模拟接触的多层材料（同种材料或不同材料）的传热，而无需再对薄壳划分体网格。
这可帮助工程师仿真更加复杂的装配式结构材料。
它在加速工作流程的同时，还极大地简化了这些热管理仿真。
发动机舱热管理应用也将从这一新功能中获益。
∙固体材料的各向异性导热也可以模拟了。
例如，模拟具有空间独立变化导热分量的复合材料。
∙S2S面到面（S2S）热辐射模型现在支持非一致网格。
这在仿真大型流体体积和薄装配式结构共存时提供了更大的网格灵活性。
同时还可加速仿真。
求解器稳健性增强
工程师需要仿真能够稳健收敛，得到精确结果。
ANSYS力求让仿真技术尽可能地精确与稳健，因此工程师可以专注于设计更好的产品，而不需为了收敛去处理很多的问题。
仿真稳健性不断改进，可让工程师得到精确的解决方案，同时将解决方案处理量维持在最低水平。
∙如果在多个计算内核上运行的仿真因非致命事故停止，仿真可恢复到可用状态。
∙ANSYS15.0改进移动和变形网格的稳健性。
基于节点的平滑比以往基于单元的平滑更具明显的稳健性，允许平滑处理较大变形，特别是具有边界层分辨率/高纵横比的网格尤为如此。
这对内燃机与流固耦合应用来说非常关键。
∙无论是针对旋转机械还是一般应用，ANSYSCFX仿真中移动几何结构相关的稳健性也有了改进。
因此大幅减少了需要用户调整的参数。
∙采用拉格朗日粒子跟踪，源项线性化新增特性非常有助于解决收敛难的问题。
同时允许使用较大dpmURF，从而使收敛更加快捷，甚至是对前一版中那些难以收敛的案例也有帮助。
总之，收敛行为会进一步得到改进。
∙对于蒸发和冷凝应用，将新的热相变模型与蒸发/冷凝模型相连接，大大地提高了相变仿真的准确性。
∙收敛管理器与求解平均特性允许更自动化的求解收敛管理。
∙旋转机械仿真所用的新的出口校正质量流量边界条件，意味着用户无需再依据要仿真的工况来调整设置与选项，从而简化整个仿真流程、提高稳健性。
解决方案可扩展性提升幅度高达3倍
工程师始终需要更快速的解决方案，而且很多工程师都采用HPC技术来增加仿真计算量。
但是随着每次仿真使用的处理器数量的增加，他们经常会遭遇可扩展性瓶颈，在此时增加额外的处理器，并不会带来成比例的性能改进。
ANSYSFluent15.0可面向较大模型（1亿以上单元）提供突破性的1.5万个内核扩展性能，同时还能以更少的内核数量大幅改进内核求解器和并行效率。
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每个计算内核可求解低至10000个网格单元，可扩展性已有80%以上的性能改进
HPC可扩展性与稳健性的不断改进允许工程师利用HPC资源增加仿真计算量。
∙HPC可扩展性得到改进。
每个计算内核可求解低至10000个网格单元，可扩展性已有80%以上的性能改进。
与前一版相比，其性能改进提高了三倍。
这意味着ANSYS15.0可使用100个内核高效解决1亿个单元的问题，而前一版中最多可使用30个内核，因而速度有三倍提升。
∙减少读取仿真文件以及在HPC集群上启动ANSYSFluent和ANSYSCFX所需的时间。
在某些情况下，该启动时间已经从30分钟锐减至30秒。
∙对数量巨大的粒子流进行仿真的用户将见证卓越的可扩展性（例如，带有120万个粒子的粒子流在6000个内核上的并行效率为80%）。
或者，拿30M的商业案例来说，测得的增速大约为100%。
∙在更多内核数时改进CFX可扩展性：
用户已经可以通过参数设置获取已实现的各项改进。
实际性能会随案例具体情况而有所变化——其中一个范例便是，工业六级轴流式压缩机案例已经显示可将速度提升5倍。
自动六面体网格可实现更快、更稳健的收敛
一些流体客户尤其需要尽可能精确的预测，为此他们依赖并希望在仿真中使用高质量的六面体网格。
众所周知，六面体网格还具有稳健的收敛性、可用最少的网格数量实现最快速的仿真。
通常情况下，创建这些高质量网格不但需要花费大量时间来将几何结构手动分解为简单、可扫略的形状，还可能需要手动编辑单元节点的位置。
ANSYS15.0可自动完成许多复杂程度适中的几何结构的分解和网格划分，从而提供高质量的六面体网格。
这个过程的速度也得到提升（比前一版提升了24%到500%），能从仿真前处理阶段节省数小时乃至数天的手动工作。
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如果存在不同扫略方向的多面几何结构，ANSYSMeshing中的MultiZone技术能够自动创建经扫略的高质量适形六面体网格。
针对汽油与柴油燃烧而量身打造的应用
设置和进行内燃机（IC）仿真比较复杂：
各公司与工程师都需要能够帮助他们快速准确地仿真内燃机的工具。
虽然通用流体动力学软件包含准确仿真内燃机的所有物理性能，但这些仿真的设置过程非常复杂且耗时巨大。
ANSYS为内燃机开发了一款Workbench定制应用。
但是，在前一版中，燃烧物理场的设置在很大程度上仍然依赖日志文件的使用，而日志文件的创建或修改都很有挑战性。
在ANSYS15.0中，汽油或柴油燃烧的整个模拟（从物理场到监控、求解与后处理）均可使用图形用户界面进行设置。
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完成从几何到报告的汽油或柴油燃烧设置已无需任何日志文件。
ANSYS15.0扩展了内燃机系统，增添了以下新功能：
∙关键网格支持。
该功能在进行非常棘手的动网格重新划分时很有帮助。
这包括使用工具在关键曲柄角位置上创建网格。
在求解期间，待仿真达到曲柄角位置，获取新网格（关键网格）后，方可修改起始网格。
在曲柄角处，现有网格求解结果会自动插值到新的关键网格上。
然后在新网格上继续计算，直至在下一个曲柄角处获取新的关键网格。
这种方式可灵活地在合适的时间使用正确的网格来解决合适的物理场问题。
例如，如果喷雾模型需要一定区域更精细的解析，只需在注入喷雾前创建与读取这种网格即可。
∙完成从几何到报告的汽油或柴油燃烧设置已无需任何日志文件。
此项功能可应用于不同的燃烧仿真选项：
扇区、完整引擎全循环或完整引擎进气阀关闭（IVC）到排气阀开启（EVO）。
∙使用定向关系图方法精简动力学机理，进行快速化学计算。
∙改进的火花模型。
前一版中的火花模型对网格尺寸、时间步长与火花参数（初始半径、火花能量、初始湍流等）非常敏感。
这个问题已经ANSYS15.0中得到解决。
这一改进技术解决了在网格分辨率以下的火焰半径方程式，同时慢慢提升小火焰半径范围内的燃烧。
这种策略更加稳健，因此其敏感度比前一版的敏感度要低。
∙端口流量仿真支持参数。
这是一款非常实用的设计工具，可缩短设计周期
完全双向表面热和结构的流固耦合
为了准确洞察产品性能，工程师通过考量影响产品的所有物理场（以及这些场之间的相互作用），对产品进行整体研究。
用典型仿真软件研究这些相互作用的难度非常大，因为在求解过程中无法进行数据共享以及集成。
ANSYS提供了独特ANSYSWorkbench多物理场仿真方案，允许工程师以直观的方式连接不同的物理场仿真，让其自动共享数据并实时集成求解结果。
典型的应用包括电气或电子组件（它们可能会因热膨胀而变形，从而影响冷却流型），以及刹车和离合器等。
ANSYS15.0中包含的耦合特性通过提供以下功能来完成ANSYS流固耦合：
∙使用Fluent与Mechanical通过系统耦合完成双向表面热FSI
∙使用Fluent与Mechanical通过系统耦合完成双向表面热与力/位移（又称变形）FSI
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使用ANSYSFluent与ANSYSMechanical通过系统耦合完成双向表面热FSI
那些流动温度影响材料，并且材料温度反过来也影响流动温度或/和设计形状的任何设计和产品，都将受益于已有的大型多物理场的扩展功能。
ANSYSIcepak的参数化仿真
应对电子热管理问题的工程师经常需要测试不同的配置，进而将他们的模型参数化。
在ANSYS15.0中，参数可在ANSYSWorkbench环境中进行分配，相较于手动变更参数来说，这种做法大幅提高了时间效率，同时也能和优化工具连接。
ANSYSIcepak参数可发布到Workbench参数管理器中。
∙支持设计点、实验设计及ANSYSDesignXplorer优化
∙HPCParametricPacks可同时支持多个设计点求解
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ANSYSIcepak参数可发布到Workbench参数管理器中
ANSYSIcepak的简易仿真设置
应对电子热管理问题的工程师需要能够快速设置仿真分析。
问题设置向导提供了简单的界面，就模型物理定义和问题设置面板中的选择导航等为用户提供指导，帮助用户节约时间。
ANSYSIcepak参数可发布到ANSYSWorkbench参数管理器中。
问题设置向导为问题设置面板定义选项提供了新机制，一旦用户执行问题设置向导，问题设置面板就可以完全定义。
面向CFD创建快速稳健的自动化网格
∙工程师经常需要处理CAD文件或表面网格文件的超大型、超复杂的几何结构。
这些几何结构可能存在缺陷（在抽取流体域之前需要修复的孔或间隙），其分辨率要求使用大量计算网格。
手动修复所有的几何结构缺陷需要使用大量的人工操作（和时间），而创建这些大型网格则需要耗费大量的计算时间。
ANSYS15.0对ANSYSFluentmeshing功能进行了大幅度的改进，可更好地管理大型复杂的模型。
几何结构表达诊断方法可识别孔、未对齐表面（间隙）和修复工具问题。
∙高质量封装技术在捕获几何结构表达细节的同时可创建流体体积
∙局部重新网格划分可提高表面网格质量
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FluentMeshing在各个方面都能提升自动化和速度，成功地创建计算网格。
这些方面包括CAD导入、孔和间隙修复、高质量表面网格创建、快速创建体网格等。
更快的图形和键盘快捷键有利于Fluent网格生成的快速交互。
在前一版中，Fluent网格可集成利用Fluent无与伦比的HPC功能和可扩展性。
ANSYS15.0的并行网格划分功能可大幅降低网格划分所需的时间。
例如，对4,200万网格而言，使用2个、4个和8个处理器进行网格划分的所需时间可分别下降1.8倍、3.7倍乃至7.4倍。
并行网格划分不需要任何HPC许可证，这样用户既不需要使用本用于求解器运算的宝贵HPC许可证，也不需要额外的许可证投资，就可快速创建更大规模的网格。
FluentMeshing在各个方面都能提升自动化和速度，成功地创建计算网格。
这些方面包括CAD导入、孔和间隙修复、高质量表面网格创建、快速创建体网格。
该工具拥有众多优势：
∙多功能性：
可导入CAD几何或表面网格
∙易用性：
用于捕捉模型特征的“尺寸”功能，可通过显示来反馈特征是否已经被充分捕捉。
这些“尺寸”功能可保存并在需要时直接重复使用
∙内置智能：
在体网格划分完成之前，诊断工具可发现并修复装配（间隙或孔）、面连接中存在的问题（面重叠或交错），从而改善表面网格的质量
∙高精度：
使用经改进的包面工具，以及能够判断几何结构特征最佳捕捉方法的诊断工具，来捕捉几何结构的特征。
在需要时也可以使用各种工具来进一步提高包面的质量和精确性。
∙速度:
o提供局部表面网格重新划分工具，可在需要时局部改善表面网格质量，而无需对整个几何结构的表面进行网格重新划分
o更快的体网格划分速度（棱柱层生成速度高达3倍）
o在生成四面体/棱柱体网格时提供出色的并行网格划分可扩展性能（性能取决于具体情况，但在使用8个核划分4,200万网格时，可扩展性能可提高92%）
面向复杂物理场的快速求解器
面向复杂物理场的快速求解器
工程师需要处理多相流、反应流等复杂的物理场。
通常情况下，物理场越复杂，进行每次仿真所需的时间就越长。
ANSYS流体动力学解决方案旨在提供最快速的解决方案（即完成整个仿真的时间最短）。
通过流体体积（VOF）模型进行不相溶流体仿真的速度提高幅度高达36%
内核求解器在其速度方面不断发挥优势，允许工程师增加仿真计算量：
∙通过流体体积（VOF）模型进行不相溶流体仿真的速度提高幅度高达36%
∙得益于自适应时间步长的支持，瞬态欧拉多相流仿真速度得以提升
∙动态燃烧机理精简可使仿真速度翻番（与直接集成相比，大型机理可将仿真速度提升7倍-已经在使用原位自适应建表方法（In-SituAdaptiveTabulation）的用户也会见证仿真速度的加快过程，但是实际加速会小些）。
这对大型机理来说非常有利，尤其是取消了50种组分的限制之后。
小火焰模型生成速度更快（某些情况下，增速达到50倍）。
∙在燃烧领域，有了扩散火焰面生成的流形模型，就能配合此前发布的预混合火焰面生成模型，从而仿真各种不同的燃烧应用。
火焰面库的创建现已得到加速。
举例来说，100种机制稳定的层流扩散火焰面库在20分钟之内就能计算完成，而不像前版一样需要24个小时。
∙反应器网络模型根据机械构成面紧密度进行单元集群，从而加速复杂3D燃烧的仿真。
这可支持只需对每一批集群单元而不必对每个单元都进行复杂化学计算。
实际加速情况取决于应用和化学机制。
得益于自适应时间步长的支持，瞬态欧拉多相流仿真速度得以提升。
增强的CFD可用性
工程师及公司需要持续不断地提高生产效率才能抢占市场先机。
产品开发工具必须直观易用，并能与公司的开发流程实现无缝集成。
否则，用户就只能耗费更多的时间来应付仿真软件自身的问题，而无法将精力集中在仿真新产品设计的性能上。
ANSYS15.0具备多项增强特性：
仿真监控与控制功能、可视化性能提升，以及更强大的初始化能力。
∙用户可通过更强大的监控功能来跟踪力、力矩、表面和体积的平均值，从而更容易地确定仿真是否收敛
∙当模型旋转、平移时的可视化更快速。
大模型的可视化速度能提高25倍
∙离散粒子变量的后处理提供了在Eulerian网格中存储粒子信息的方法，而且无需跟踪即能显示
∙使用用户定义频带的分贝等值线图，实现更强大的气动声场源项后处理
∙ANSYSCFD-Post中通过大量表达式实现的后处理获得显著加速，几乎达到了立即响应
∙对于CFD-Post的所有用户来说，在众多位置交互生成视图变得简单易行
∙利用之前仿真中较小部分的解来初始化，是一种极其高效的大模型仿真启动方式，这对于涡轮机械分析师来说尤其有益，当然也适用于其它CFX用户
∙后处理阶段可从瞬态叶栅（TBR）解进行扩展和高效的复制
∙加强对粒子跟踪仿真结果的诊断与评估，确保用户能对粒子流仿真结果进行图形方式的可视化和定量分析
∙旋转机械工具的各个增强特性可对CFD分析形成有益补充，并能简化各应用之间的相互作用和工作流
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利用之前仿真中较小部分的解来初始化，是一种极其高效的大模型仿真启动方式。
跟踪电子冷却应用中的湿度或污染物
设计消费类电子产品或数据中心冷却设备的工程师需要仿真相对湿度。
设计航空箱的工程师需要能够跟踪排放水平（空气和排气或其混合物），所以需要一款能够跟踪多组分混合物的电子冷却解决方案。
ANSYSIcepak模拟多组分混合和传输：
∙Icepak求解每个组分的对流扩散守恒方程
∙最多支持12种组分
∙支持稳态和瞬态解
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ANSYSIcepak的组分跟踪功能可帮助用户跟踪湿度水平。
叶片颤振与强制响应分析
由于旋转机械叶片设计需要更深入的优化，要进行更详细的分析才能做出更多改进。
除了要捕捉更多几何结构与瞬态流动细节外，精确地流固耦合对流动仿真来说也变得越来越重要。
从理论上讲，使用ANSYS提供的双向FSI功能来实现这一点是有可能的，但涉及的不同时间尺度使实际的计算成本过于昂贵。
因此，ANSYS为两种关键应用提供了实用的替代方案：
叶片颤振评估（气动载荷随时间变化的倾向引发或抑制不断增强的叶片振动）和强制响应分析（将随时间变化的气动载荷引起的效应融入到模态分析中）。
这两种方案的过程与工作流程已经得到改进与简化，其中包括消除各种繁琐的中间手动操作步骤（这些步骤往往是误差产生的根源）。
这两种类型的分析都能够利用ANSYSCFX中的高级瞬态叶栅模型来大幅减少必须做瞬态模拟带来的计算工作量。
总体结果就是，只需花费以往所需精力与计算成本的一小部分即可完成这两种类型的分析。
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强制响应是通过允许用户直接把瞬态流动计算得到的压力载荷，施加在ANSYSMechanical模态分析中来实现的。
ANSYS15.0通过引入强制响应和改善叶片颤振分析能力，进一步扩展并增强了带有叶片的旋转机械的流固耦合分析能力。
∙强制响应是通过允许用户直接把瞬态流动计算得到的压力载荷，施加在ANSYSMechanical模态分析中来实现的。
∙叶片颤振功能是通过结合计算与监控气动弹性阻尼、评估叶片颤振与否来增强的。
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