ANSYS Fluent

ANSYS Fluent軟件包含了廣泛的物理模型，能模擬工業(yè)應(yīng)用中的流動(dòng)、傳熱和反應(yīng)，這些工業(yè)應(yīng)用涵蓋了從飛機(jī)機(jī)翼的空氣外流到鍋爐的燃燒，從塔內(nèi)氣泡流到鉆井平臺(tái)，從血液流動(dòng)到半導(dǎo)體制造，以及從潔凈室設(shè)計(jì)到污水處理廠。還包括了一些特殊的模型如內(nèi)燃機(jī)燃燒、氣動(dòng)噪聲、旋轉(zhuǎn)機(jī)械和多相流系統(tǒng)也進(jìn)一步擴(kuò)大了軟件的應(yīng)用范圍。

功能和特點(diǎn)

直觀、參數(shù)化、自動(dòng)化的工作流程

ANSYS Fluent集成在統(tǒng)一的ANSYS Workbench平臺(tái)下，該平臺(tái)已經(jīng)成為工業(yè)界最廣泛、最深入的先進(jìn)工程仿真技術(shù)組合的基礎(chǔ)。ANSYS Fluent提供了CFD仿真中史無(wú)前例的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

l 無(wú)需繁瑣的返工即可快速地準(zhǔn)備流動(dòng)分析所需設(shè)備/過(guò)程的幾何

l 避免了相同數(shù)據(jù)模型的復(fù)制，而是在基本流動(dòng)之外的物理場(chǎng)間一致性地共享這些數(shù)據(jù)

l 很容易定義幾何、網(wǎng)格、物理和后處理的一系列參數(shù)變化，只點(diǎn)擊一次鼠標(biāo)即可自動(dòng)得到一系列新的CFD結(jié)果

l 通過(guò)增加對(duì)可變性和設(shè)計(jì)敏感度的理解，改進(jìn)了設(shè)備/過(guò)程的質(zhì)量

l 容易設(shè)置并運(yùn)行多物理場(chǎng)仿真

網(wǎng)格靈活

ANSYS Fluent軟件的網(wǎng)格具有完全的靈活性，包括能相對(duì)容易地對(duì)復(fù)雜幾何生成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來(lái)求解流動(dòng)問(wèn)題。網(wǎng)格類型包括三角形、四邊形、四面體、六面體、棱柱體（楔形）和多面體。ANSYS Workbench允許讀入CAD模型，在ANSYS DesignModeler中準(zhǔn)備好后為CFD所用，在ANSYS Mesh部件中自動(dòng)或手動(dòng)劃分網(wǎng)格。ANSYS Meshing也能自動(dòng)從CAD裝配體中抽取流體域，用Cutcell方法劃分網(wǎng)格，該方法能創(chuàng)建包括六面體單元或切分四面體方法的非一致網(wǎng)格。兩種方法都支持邊界層網(wǎng)格生成，這對(duì)精確解析近壁面流動(dòng)區(qū)非常關(guān)鍵。ANSYS Fluent也可以基于流場(chǎng)結(jié)果的動(dòng)態(tài)網(wǎng)格加密或粗化。

被證實(shí)的求解技術(shù)和精確的數(shù)值算法

ANSYS Fluent能穩(wěn)健高效地求解所有的物理模型和流動(dòng)類型，包括穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)，不可壓縮或可壓縮流動(dòng)（從低亞音速流到超高音速），層流或湍流，牛頓流或非牛頓流，理想氣體或真實(shí)氣體。

ANSYS Fluent具有適用于任何應(yīng)用的穩(wěn)健求解器：完全分離的壓力基求解器，帶有擬瞬態(tài)選項(xiàng)的耦合壓力基求解器，隱式和顯式的密度基求解器。

湍流模型

●　精確有效地捕捉湍流效應(yīng)

●　多種常見(jiàn)的雙方程模型和雷諾應(yīng)力模型

●　提供創(chuàng)新的模型來(lái)求解層流到湍流的轉(zhuǎn)捩

●　大量的尺度解析湍流模型

●　嵌入式LES（E-LES）選項(xiàng)

傳熱和輻射

在許多工業(yè)設(shè)備像渦輪葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和燃燒室，以及建筑和結(jié)構(gòu)中，優(yōu)化傳熱都非常關(guān)鍵。這些應(yīng)用中，其核心是要精確預(yù)測(cè)對(duì)流傳熱，其中很多情況下，對(duì)固體內(nèi)的熱擴(kuò)散和輻射傳熱也有著重要的作用。

ANSYS Fluent軟件有最新的共軛傳熱（CHT）技術(shù)，把流體動(dòng)力學(xué)和固體材料的內(nèi)部導(dǎo)熱聯(lián)合起來(lái)計(jì)算。固體域可以直接劃分網(wǎng)格，或用殼模型做為薄壁模擬。相關(guān)的其它功能包括考慮通過(guò)薄擋板的導(dǎo)熱、固體間接觸面的熱阻和固體表面鍍膜的熱阻。

ANSYS Fluent引入了豐富的模型來(lái)計(jì)算各類流體和固體間的輻射傳熱，包括全透明、半透明或不透明輻射。ANSYS Fluent不同頻譜模型的選項(xiàng)能考慮波長(zhǎng)相關(guān)性的仿真。它也可以考慮散射的影響。

多相流

●　能洞察難以測(cè)量的設(shè)備內(nèi)部

●　能捕捉多個(gè)相間的相互作用

●　提供了多流體（VOF）模型

●　用歐拉多相流模型分別求解各相的方程組，或者用更經(jīng)濟(jì)的混合相模型

●　歐拉多相流模型具備豐富的選項(xiàng)來(lái)求解質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換

反應(yīng)流

●　提供了豐富的架構(gòu)模擬伴隨化學(xué)反應(yīng)和燃燒的流動(dòng)

●　提供了諸如渦耗散概念、PDF輸運(yùn)及剛性有限速率反應(yīng)等新模型

●　包括渦破碎和有限速率等成熟的模型

●　擴(kuò)展連貫小火焰模型（ECFM）適合像內(nèi)燃機(jī)這類特殊的應(yīng)用

●　反應(yīng)流模型能處理大量的氣體、煤和液體燃料燃燒模擬

●　預(yù)測(cè)SOx生成、NOx生成和分解的特殊模型

●　反應(yīng)流模型能和真實(shí)氣體模型、LES、DES湍流模型聯(lián)合使用

聲學(xué)

對(duì)聲學(xué)來(lái)說(shuō)，ANSYS Fluent能用幾種方法計(jì)算非穩(wěn)態(tài)壓力脈動(dòng)引起的噪聲。瞬態(tài)LES對(duì)表面壓力的預(yù)測(cè)能用內(nèi)嵌的傅立葉變換工具（FFT）轉(zhuǎn)化為頻譜。Ffowcs–Williams和Hawkins聲類比能模擬各種的聲傳播，從暴露的鈍體到旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片。寬頻噪聲模型能基于穩(wěn)態(tài)仿真的結(jié)果預(yù)估聲源。

流固耦合

●　可以模擬固體運(yùn)動(dòng)對(duì)流動(dòng)的影響

●　可以很容易設(shè)置流固耦合（FSI）仿真

●　允許很大的邊界位移

●　按需自動(dòng)重新劃分網(wǎng)格的選項(xiàng)

動(dòng)網(wǎng)格

ANSYS Fluent的動(dòng)網(wǎng)格能解決一些挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，包括內(nèi)燃機(jī)流動(dòng)、閥門、油箱分離。有包括層鋪、光順和網(wǎng)格重劃分幾種不同的網(wǎng)格重建格式，可以在一個(gè)仿真中按需對(duì)不同部件使用不同方式。只需要初始網(wǎng)格和邊界運(yùn)動(dòng)描述，關(guān)鍵幀網(wǎng)格替換能在求解過(guò)程中根據(jù)一系列提前生成的網(wǎng)格進(jìn)行替換（自動(dòng)或手動(dòng)）。內(nèi)嵌的六自由度求解器能用于無(wú)約束的運(yùn)動(dòng)，如油箱分離、船體水動(dòng)力、導(dǎo)彈發(fā)射和油箱晃蕩。動(dòng)網(wǎng)格和ANSYS Fluent中大量其它模型兼容，包括噴霧破碎和燃燒模型、自由液面預(yù)測(cè)的多相流模型和可壓縮流等。

ANSYS Fluent也提供滑移網(wǎng)格和多重參考坐標(biāo)系模型，該模型在攪拌器、水泵和渦輪機(jī)械中已被驗(yàn)證。

強(qiáng)大可擴(kuò)展的高性能計(jì)算能力

ANSYS Fluent提供了強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的高性能計(jì)算（HPC）。用戶可以用ANSYS CFD HPC的并行來(lái)計(jì)算更高可信的CFD模型，包括更復(fù)雜的幾何細(xì)節(jié)（如全360度葉片流道而不是單流道），更復(fù)雜的物理（如瞬態(tài)湍流而不是穩(wěn)態(tài)湍流模型）組成的系統(tǒng)。實(shí)際上，ANSYS Fluent能用64位技術(shù)并行運(yùn)算包括幾十億甚至更多的網(wǎng)格。其結(jié)果是加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品性能的洞察，而用其它方法都無(wú)法進(jìn)行這種洞察。對(duì)細(xì)節(jié)的理解能產(chǎn)生巨大的商業(yè)益處，揭示可能導(dǎo)致產(chǎn)品失敗或隱性故障的設(shè)計(jì)問(wèn)題。使用HPC理解產(chǎn)品性能的細(xì)節(jié)能為設(shè)計(jì)提供信心，幫助產(chǎn)品在市場(chǎng)取得最終成功。

通過(guò)加快單個(gè)CFD仿真的計(jì)算時(shí)間，ANSYS CFD HPC增加了產(chǎn)出。這能實(shí)現(xiàn)考慮多個(gè)設(shè)計(jì)思路，提供在設(shè)計(jì)早期就做出正確的決定。使用ANSYS CFD HPC能幫助工程人員更有效地開發(fā)幾乎任何產(chǎn)品。

ANSYS Fluent引入了針對(duì)最新的多核處理器的優(yōu)化，極大地從最新的處理器架構(gòu)、伴有優(yōu)化通訊的分區(qū)算法、以及不同處理器間的動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡中受益。ANSYS CFD HPC易于使用且能在多個(gè)系統(tǒng)中如期工作，包括從多核工作站到高端的HPC集群。對(duì)超過(guò)1000個(gè)處理器的系統(tǒng)已有線性的擴(kuò)展性。

求解優(yōu)化器，伴隨求解器，網(wǎng)格變形器

ANSYS Fluent軟件提供形狀優(yōu)化功能，能自動(dòng)調(diào)整特定設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)，直到該設(shè)計(jì)滿足優(yōu)化目標(biāo)。這類案例包括了汽車或飛機(jī)機(jī)翼的氣動(dòng)優(yōu)化，噴管和管道的流量?jī)?yōu)化。ANSYS Fluent也能使用 ANSYS合作伙伴的優(yōu)化軟件。

另外，ANSYS Fluent提供了開創(chuàng)性的伴隨算法技術(shù)。通過(guò)調(diào)整幾何來(lái)判斷推薦改變的效果，伴隨算法能讓你知道如何修改幾何來(lái)滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。用其它方法很難得到伴隨算法所提供的單個(gè)仿真的信息。伴隨算法計(jì)算工程變量相對(duì)系統(tǒng)輸入的變化。離散的伴隨求解器用來(lái)檢查下沉力（對(duì)F1應(yīng)用），降低阻力（對(duì)汽車），減少總壓降（對(duì)管道）。對(duì)于超過(guò)1000萬(wàn)網(wǎng)格的大規(guī)模問(wèn)題，伴隨求解器依然能穩(wěn)健運(yùn)行，并有優(yōu)異的擴(kuò)展性。

材料屬性

流動(dòng)條件會(huì)影響材料的詳細(xì)行為，如壓力或溫度對(duì)CFD結(jié)果的精度有關(guān)鍵的影響。ANSYS Fluent軟件提供廣泛的材料模型選項(xiàng)，確保沒(méi)有什么能阻止獲得最可信結(jié)果。

針對(duì)大范圍的液體、氣體和固體，ANSYS Fluent有豐富的材料屬性庫(kù)。理想流體和真實(shí)流體都能用成熟的高級(jí)狀態(tài)方程來(lái)模擬。對(duì)粘性和導(dǎo)熱系數(shù)也有很多關(guān)系式，如基于動(dòng)力學(xué)理論的薩姆蘭公式。對(duì)非牛頓流體，提供了豐富的粘性模型來(lái)考慮隨剪切應(yīng)變變化的行為。

假設(shè)仿真中涉及到某個(gè)專有材料，或其它材料庫(kù)中沒(méi)有的材料，用戶能用ANSYS Fluent環(huán)境的靈活性容易地定義任何新材料，或者定義材料屬性和壓力、溫度、剪切應(yīng)變速率等流場(chǎng)參數(shù)的關(guān)系式。用戶能直接在ANSYS Fluent 界面里，用簡(jiǎn)單的語(yǔ)法或用戶定義函數(shù)定義代數(shù)表達(dá)式，實(shí)現(xiàn)定制模型。

定制和全項(xiàng)目范圍腳本

對(duì)那些想要定制ANSYS Fluent軟件的人來(lái)說(shuō)，用戶定義函數(shù)是一個(gè)流行的選擇。它有完整的文檔和培訓(xùn)案例，以及技術(shù)支持。對(duì)經(jīng)常需要重復(fù)設(shè)置的設(shè)備，如質(zhì)子交換膜和固體氧化物燃料電池，以及磁流體，ANSYS全球咨詢網(wǎng)絡(luò)能提供或幫助創(chuàng)建模版。最后，大多數(shù)用戶操作在ANSYS Fluent中能被錄制、修改、并和ANSYS Workbench（全項(xiàng)目范圍）腳本工具結(jié)合，用于參數(shù)/文件/數(shù)據(jù)管理以及設(shè)計(jì)探索。

后處理和數(shù)據(jù)輸出

ANSYS Fluent的后處理工具能產(chǎn)生有意義的圖像、動(dòng)畫和報(bào)告，讓流體動(dòng)力學(xué)結(jié)果的表達(dá)更容易。透明和不透明面、跡線、矢量圖、云圖、自定義變量和場(chǎng)景的創(chuàng)建只是后處理功能的一部分。求解數(shù)據(jù)能輸出到ANSYS CFD-Post、第三方后處理軟件或CAE軟件中做進(jìn)一步的分析。在ANSYS Workbench環(huán)境中，ANSYS Fluent求解數(shù)據(jù)能作為熱或壓力載荷映射到ANSYS仿真上。在單獨(dú)模式中，ANSYS Fluent能把面上的結(jié)構(gòu)和熱載荷，以及體溫度輸出給第三方FEA網(wǎng)格。

知識(shí)管理已就緒

ANSYS CFD技術(shù)已經(jīng)可以和 ANSYS 工程知識(shí)管理（EKM）一起使用了。ANSYS EKM系統(tǒng)應(yīng)對(duì)仿真數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)，通過(guò)管理重要的仿真數(shù)據(jù)來(lái)幫助工程師，包括歸檔、備份、可追蹤、保持審核記錄、合作和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。這些功能恰當(dāng)?shù)夭蹲紸NSYS CFD仿真獲得的知識(shí)，并準(zhǔn)備好將之用于企業(yè)的工程過(guò)程。