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ANSYS CFD Premium
ANSYS Fluent软件内置丰富的物理建模功能,可用于模拟流体、湍流、热传递和各种工业应用反应,Fluent涵盖范围很广,包括支持缸内燃烧、气动—声学、旋转机械、多相系统等特殊模型的建模功能。



ANSYS CFD Premium是适合经验丰富的工程师的一款通用CFD工具包,功能强大的CFD Premium捆绑产品包括完整版ANSYS Fluent、CFX和SpaceClaim,能提供快速、准确、可靠的结果。

ANSYS CFD Premium具体包含以下产品:

  • ANSYS Fluent
  • ANSYS CFX
  • ANSYS SpaceClaim Direct Modeler
  • ANSYS DesignXplorer

ANSYS Fluent软件内置丰富的物理建模功能,可用于模拟流体、湍流、热传递和各种工业应用反应,具体包括机翼气流、炉内燃烧、泡罩塔、石油平台、血流、半导体制造、无尘室设计和污水处理厂等。Fluent涵盖范围很广,包括支持缸内燃烧、气动—声学、旋转机械、多相系统等特殊模型的建模功能。

ANSYS CFX是高性能计算流体动力学(CFD)软件工具,能在各种CFD和多物理场应用中提供快速、可靠、准确的鲁棒性解决方案。因为具有出色的准确性和高速度,CFX在旋转机械领域备受认可,能够充分满足泵、风机、压缩机以及燃气、水力涡轮的需求。

ANSYS SpaceClaim是一款快速直观的3-D建模软件解决方案,可帮助任何分析人员或工程师创建、编辑和修复CFD几何模型,无论他们处于工作流程的什么位置。

ANSYS DesignXplorer是一款集成型Workbench应用,可将ANSYS Workbench的可靠自动化功能用于参数分析。它可帮助您探索、了解和优化您的设计,以便您通过应用仿真促进产品开发。


一、 ANSYS Fluent


1.1 概述

Fluent是一款功能强大的计算流体动力学(CFD)软件工具,能够让您更深入更快速地优化自己的产品性能。Fluent内含经充分验证过的物理建模功能,能为广泛的CFD和多物理场应用提供快速、精确的结果。

ANSYS Fluent软件内置丰富的模型流、湍流、热传导和工业应用相互作用所需的物理建模功能,应用范围涵盖机翼气流、炉内燃烧、泡罩塔、石油平台、血流、半导体制造、无尘室设计和污水处理厂。借助专用模型,该软件能够对气缸内燃烧、空气声学、旋转机械和多物理场系统进行建模,从而进一步拓展了其应用范围。

1.2 适用领域

  • 辐射传导热分析
  • 声学与噪声分析
  • 燃烧与化学反应分析
  • 流固耦合分析
  • 相变、多相流分析
  • 用户自定义


1.3 功能特点

高效灵活的工作流

Fluent完全集成在ANSYS Workbench环境中,该平台可支持实现高效灵活的工作流、CAD连接以及强大的几何结构建模和网格剖分功能。内置的参数管理器使其方便快速探索多个设计选项。

● 无需繁琐的返工即可快速地准备流动分析所需设备/过程的几何

● 避免了相同数据模型的复制,而是在基本流动之外的物理场间一致性地共享这些数据

● 容易定义几何、网格、物理和后处理的一系列变化

● 通过增加对可变性和设计敏感度的理解,改进了设备/过程的质量

● 容易设置并运行多物理场仿真

为多物理场构建

对流固耦合(FSI)等多物理场造成的复杂而又往往违反直觉的相互作用,有着更深入的洞察。ANSYS Fluent与ANSYS Workbench全面集成,可提供与ANSYS Mechanical、ANSYS Maxwell及其它仿真技术的完整双向交互功能。

信心百倍地求解复杂模型

ANSYS Fluent能求解用于多相流、化学反应和燃烧的精密复杂模型。即便是粘性流、湍流、内外部流、流致噪声预测、带辐射和不带辐射热传导也可以轻松地建立模型。

借助高性能计算(HPC)加速求解速度

借助HPC,ANSYS Fluent可提供运行速度更快的CFD仿真解决方案,让工程师和设计人员在设计周期中能够更快速地做出更明智的决策。同时ANSYS HPC能在拥有数以万计的处理器的系统上提供线性扩展。HPC的意义不仅仅限于内核数量的增加。ANSYS还可对处理器架构、模型分区算法、优化通信以及处理器间的负载均衡进行优化,能在各种仿真模型上以惊人的速度提供结果。

湍流模型

ANSYS Fluent软件一直重点关注开发领先的湍流模型,精确有效地捕捉湍流效应。Menter–Langtry γ–θ层流-湍流转换模型等多种创建模型仅可在Fluent获得。

传热和辐射

ANSYS Fluent引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热,包括全透明、半透明或不透明辐射。ANSYS Fluent不同频谱模型的选项能考虑波长相关性的仿真。它也可以考虑散射的影响。

在许多工业设备像涡轮叶片、发动机缸体和燃烧室,以及建筑和结构中,优化传热都非常关键。这些应用中,其核心是要精确预测对流传热,其中很多情况下,对固体内的热扩散和辐射传热也有着重要的作用。

ANSYS Fluent软件有新的共轭传热(CHT)技术,把流体动力学和固体材料的内部导热联合起来计算。固体域可以直接划分网格,或用壳模型做为薄壁模拟。相关的其它功能包括考虑通过薄挡板的导热、固体间接触面的热阻和固体表面镀膜的热阻。

ANSYS Fluent引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热,包括全透明、半透明或不透明辐射。ANSYS Fluent不同频谱模型的选项能考虑波长相关性的仿真。它也可以考虑散射的影响。

多相流

完整的模型组合让ANSYS Fluent能捕捉多个相间的相互作用,像气体和固体,离散颗粒和液滴,以及自由表面。

● 能洞察难以测量的设备内部

● 能捕捉多个相间的相互作用

● 提供了多流体(VOF)模型

● 用欧拉多相流模型分别求解各相的方程组

● 或者用更经济的混合相模型

● 欧拉多相流模型具备丰富的选项来求解质量、动量和能量交换

反应流

无论是模拟燃气轮机、汽车发动机或燃煤锅炉的燃烧,还是评估建筑物内部及周围和其它结构的火灾安全,ANSYS Fluent都提供了丰富的架构来模拟伴随化学反应和燃烧的流动。在ANSYS Fluent中,你可以用非预混、局部预混或预混燃烧模型来精确预测如火焰速度、位置、火焰后温度等参数。

● 提供了丰富的架构模拟伴随化学反应和燃烧的流动

● 提供了诸如涡耗散概念、PDF输运及刚性有限速率反应等新模型

● 包括涡破碎和有限速率等成熟的模型

● 扩展连贯小火焰模型(ECFM)适合像内燃机这类特殊的应用

● 反应流模型能处理大量的气体、煤和液体燃料燃烧模拟

● 预测SOx生成、NOx生成和分解的特殊模型

● 反应流模型能和真实气体模型、LES、DES湍流模型联合使用

声学

ANSYS Fluent能用几种方法计算非稳态压力脉动引起的噪声,以求解声学仿真。瞬态LES对表面压力的预测能用内嵌的傅立叶变换工具(FFT)转化为频谱。Ffowcs–Williams和Hawkins声类比能模拟各种的声传播,从暴露的钝体到旋转风扇叶片。宽频噪声模型能基于稳态仿真的结果预估声源。

流固耦合

在Workbench统一用户环境中通过Fluent和 ANSYS 结构力学解决方案的耦合可以模拟固体运动对流体流动的影响。Fluent用户可以使用稳健、精确的双向FSI,无需购买、管理、设置第三方耦合软件和前后处理软件。

● 可以模拟固体运动对流动的影响

● 可以很容易设置流固耦合(FSI)仿真

● 允许很大的边界位移

● 按需自动重新划分网格的选项


自动优化设计

Fluent的形状优化工具能自动调节几何参数,直到满足您的优化目标。例如汽车或飞机机翼空气动力学特性、喷嘴和管道中的优化流速等。

Fluent突破性的伴随求解器可从内部修改网格,以查看变更建议的效果。伴随求解器提供几何结构改进建议,而采用其它方法时成本会更高。

Fluent for CATIA V5

这一可选模块将ANSYS Fluent完全集成到CATIA V5产品生命周期管理(PLM)环境中。它缩短了计算流体动力学(CFD)分析的时间,提供基于仿真的设计方法,所有设计、分析和优化工作均可在CATIA V5 PLM环境的统一工作流之中进行。

后处理和数据输出

ANSYS Fluent的后处理工具能产生有意义的图像、动画和报告,让流体动力学结果的表达更容易。透明和不透明面、迹线、矢量图、云图、自定义变量和场景的创建只是后处理功能的一部分。求解数据能输出到ANSYS CFD-Post、第三方后处理软件或CAE软件中做进一步的分析。在ANSYS Workbench环境中,ANSYS Fluent求解数据能作为热或压力载荷映射到ANSYS仿真上。在单独模式中,ANSYS Fluent能把面上的结构和热载荷,以及体温度输出给第三方FEA网格。


二、 ANSYS CFX


2.1 概述

ANSYS CFX是一款高性能计算流体动力学(CFD)软件工具,可快速稳健地为各种CFD和多物理场应用提供可靠精确的解决方案。CFX一直因其出色的精确度、稳健性和高速度而被业界认可,可满足泵、风扇、压缩机、燃气涡轮和水力涡轮等旋转机械应用的需求。

ANSYS CFX是一款高端的、通用的流体动力学软件,在过去20年来已经被用来解决了广泛的流动问题。ANSYS CFX的核心是其先进的求解技术,这是快速、稳健地获得可靠精确结果的关键。现代化的、高度并行的求解器是大量物理模型的基础,这些物理模型能虚拟地捕捉任意和流动相关的现象。该求解器丰富的物理模型被包装为一个现代的、直观的、灵活的用户界面,并可以用对话文件、脚本和强大的表达式语言进行定制和自动化。


2.2 适用领域

● 辐射传导热分析

● 声学与噪声分析

● 燃烧与化学反应分析

● 流固耦合分析

● 相变、多相流分析

● 旋转机械分析

2.3 功能特点

高效灵活的工作流

ANSYS CFX集成在统一的 ANSYS Workbench平台下,该平台已经成为工业界广泛、深入的先进工程仿真技术组合的基础。这一易用的平台提供了CAD双向参数连接,强大的几何和网格工具,自动的项目级更新机制,遍布各处的参数管理,多场仿真管理,以及集成的优化工具。ANSYS CFX提供了CFD仿真中高效的生产力,实现仿真驱动产品设计。

● 无需繁琐的返工即可快速地准备流动分析所需设备/过程的几何

● 避免了相同数据模型的复制,而是在基本流动之外的物理场间一致性地共享这些数据

● 容易定义几何、网格、物理和后处理的一系列变化

● 通过增加对可变性和设计敏感度的理解,改进了设备/过程的质量

● 容易设置并运行多物理场仿真

为多物理场构建

对流固耦合(FSI)等多物理场造成的复杂而又往往违反直觉的相互作用,有着更深入的洞察。ANSYS CFX与ANSYS Workbench全面集成,可提供与ANSYS Mechanical、ANSYS Maxwell及其它仿真技术的完整双向交互功能。

信心百倍地求解复杂模型

ANSYS CFX能求解用于多相流、化学反应和燃烧的精密复杂模型。即便是粘性流、湍流、内外部流、流致噪声预测、带辐射和不带辐射热传导也可以轻松地建立模型。

借助高性能计算(HPC)加速求解速度

借助HPC,ANSYS CFX可提供运行速度更快的CFD仿真解决方案,让工程师和设计人员在设计周期中能够更快速地做出更明智的决策。同时ANSYS HPC能在拥有数以万计的处理器的系统上提供线性扩展。HPC的意义不仅仅限于内核数量的增加。ANSYS还可对处理器架构、模型分区算法、优化通信以及处理器间的负载均衡进行优化,能在各种仿真模型上以惊人的速度提供结果。

湍流模型

绝大多数的工业流动为湍流。因此,ANSYS CFX软件一直致力于提供并开发先进的湍流模型,用来有效并准确地捕获湍流。湍流模型对CFD计算影响较大,尤其是复杂构型的阻力评估,存在层流到湍流的转捩,附面层分离、激波诱导附面层分离等复杂的流动现象,常规的二方程湍流模型难以胜任各种复杂流动,CFX拥有包括S-A模型在内的15种湍流模型,其中SST模型+低雷诺数修正可以更准确地模拟中度分离流、低速气动力,对于层流到湍流的转捩流动,可以采用基于SST的转捩模型。

● 精确有效地捕捉湍流效应

● 多种常见的双方程模型和雷诺应力模型

● 提供创新的模型来求解层流到湍流的转捩

● 大量的尺度解析湍流模型

● 嵌入式LES(E-LES)选项

传热和辐射

在许多工业设备像涡轮叶片、发动机缸体和燃烧室,以及建筑和结构中,优化传热都是关键的。在这些应用中,其核心是精确地预测对流传热,其中很多情况下,对固体内的热扩散和辐射传热也起着重要的作用。

ANSYS CFX软件具备新的共轭传热(CHT)技术,把流体动力学和固体材料的内部导热联合起来计算。CHT区域中固体域的网格可以单独划分,然后用通用网格界面(GGI)和任意非一致网格粘接起来。相关的其它功能包括考虑通过薄挡板的导热、固体间接触面的热阻、固体表面镀膜的热阻、以及由于运动引起的CHT固体域的对流换热。

ANSYS CFX引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热,包括全透明、半透明或不透明辐射。为了把效率最大化,在辐射场变化小的区域,辐射网格能自动粗化。它也可以考虑散射的影响。

多相流

完整的模型组合让ANSYS CFX能捕捉多个相间的相互作用,像气体和固体,离散颗粒和液滴,以及自由表面。

● 能洞察难以测量的设备内部

● 能捕捉多个相间的相互作用

● 提供了多流体(VOF)模型

● 用欧拉多相流模型分别求解各相的方程组

● 或者用更经济的混合相模型

● 欧拉多相流模型具备丰富的选项来求解质量、动量和能量交换

反应流

无论是模拟燃气轮机、汽车发动机或燃煤锅炉的燃烧,还是评估建筑物内部及周围和其它结构的火灾安全,ANSYS CFX都提供了丰富的架构来模拟伴随化学反应和燃烧的流动。在ANSYS CFX中,你可以用非预混、局部预混或预混燃烧模型来精确预测如火焰速度、位置、火焰后温度等参数。

● 提供了丰富的架构模拟伴随化学反应和燃烧的流动

● 提供了诸如涡耗散概念、PDF输运及刚性有限速率反应等新模型

● 包括涡破碎和有限速率等成熟的模型

● 扩展连贯小火焰模型(ECFM)适合像内燃机这类特殊的应用

● 反应流模型能处理大量的气体、煤和液体燃料燃烧模拟

● 预测SOx生成、NOx生成和分解的特殊模型

● 反应流模型能和真实气体模型、LES、DES湍流模型联合使用

旋转机械

● 具有精确、稳健和有效的模型和架构,用来模拟所有类型的水泵、风扇、压缩机、燃气涡轮和水轮机

● 对于旋转机械设计和分析提供了多个产品

● 有专用的前后处理工具

● 瞬态的转子—静子功能以大精度解析了部件间的真正瞬态相互影响

● 更简单的Stage级间模型的求解比全瞬态转子—静子模型更快速

● 要精确捕捉动静部件间的瞬态相互作用,有不同的选项

● 具有冻结转子模型

流固耦合

借助于ANSYS在多物理场方面深厚的技术基础,以及CFX在流体力学分析方面的领先优势,ANSYS Mechanical+CFX强强联合推出了优秀的流固耦合(FSI)技术。

● 可以模拟固体运动对流动的影响

● 可以很容易设置流固耦合(FSI)仿真

● 允许很大的边界位移

● 按需自动重新划分网格的选项


侵入固体方法

浸入固体方法是ANSYS CFX中一种附加的FSI功能,由于该方法避免了网格变形和重新划分,因此能模拟固体在流体域内无限制的运动。当浸入的固体在流体域内运动时,重叠区域的流场解会通过施加适当的源项进行调整,以反映固体的存在。固体的运动可以由用户灵活定义,或者由ANSYS CFX的刚体求解器获得。

ANSYS CFX中完全集成了隐式6自由度刚体求解器,在给定刚体的质量和转动惯量后,施加在刚体上的力和力矩的计算结果能让边界、域、子域实现运动。其应用包括油箱从飞机分离、船体在波浪影响下的运动等。

CFX增强功能和产品选项

● 几何结构特征清除和编辑

● 六西格玛分析和设计探索

● 高级网格剖分

● 旋转机械专用的附加模块

● 快速2-D通流分析

● 快速3-D叶片设计工具

● 涡轮专用的网格剖分工具

推进CFX求解器技术

使用CFX生成性能图

性能图是您分析的结果。现在,CFX允许您通过简单的集成过程来创建完整的操作图。使用单个性能图格式文件,CFX生成所有必要结果,就好像它们是一次模拟运行一样。然后,将它们组织到一个主文件夹中以进行统一分析。



可靠捕获空化而无需经验参数或调整

工程师需要准确预测各种应用中的气蚀现象,例如水泵,柴油喷油器和火箭燃料系统。但是,诸如Rayleigh-Plesset之类的经典模型具有很高的经验性,并且可以返回非物理结果,除非对所需的参数进行了仔细的调整。CFX中的气穴建模的新方法使用平衡相变模型,并且仅依赖于材料属性,从而可靠地预测气穴,而无需经验模型参数。它无需调整即可提供物理上可行的解决方案(例如,没有负绝对压力),并且自然包括诸如热力学抑制压头和由于温度变化而引起的蒸气压变化之类的物理学。


三、ANSYS SpaceClaim Direct Modeler


3.1 概述

ANSYS SpaceClaim是一款快速直观的3-D建模软件解决方案,可帮助任何分析师或工程师创建、编辑和修复几何结构,无论它们处于工作流程的什么位置。

作为一种独立于CAD的工具,ANSYS SpaceClaim为用户提供自己迅速方便地操作几何结构的能力,无需再把它发回给CAD部门。在SpaceClaim的协助下,CAE从设计流程一开始就能推动产品创新和开发,加快分析速度,提高产品设计/生产的效率。





3.2 功能特点

  • 使用双向关联功能自动连接到ANSYS Workbench
  • 从任何CAD工具打开数据
  • 无论模型是在何处创建,均可编辑和准备设计以进行仿真
  • 通过去除某些可能导致生成低质量网格的特性,如圆形和孔,来简化几何结构
  • 清理并修复有缺陷的几何结构,以创建完全封闭的几何模型
  • 在导入的几何结构上创建参数,以便在分析过程中优化设计
  • 为设计团队提供3D标记,能将模型与文档变更做比对
  • 对大型CAD等任务,只需花数个星期而非数月即可启动并投入运行。
  • 使用SpaceClaim的多种数据模块,您能够修复和编辑用于FEA拓扑优化、医学扫描或操作基于三角形的任一种壳体网格的多种文件
  • 用于CFD分析的外壳,清理和修复建模缺陷,以创建完全封闭的实体

3.3 应用

CFD分析准备

ANSYS SpaceClaim能够打开来自任何CAD系统的文件。无论模型是在哪里创建的,都能够进行编辑设计,并对它们做好仿真准备。该软件能为CFD分析提取体积/创建内部流体域和外部空气域。它还能清理和修复建模缺陷,以创建完全封闭的实体。

早期概念设计

SpaceClaim Direct Modeler支持用户自由构思新思路,通过不受约束的设计推动设计创新。使用简单但功能强大的界面,用户能够迅速、方便地按自己的思路设计。

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler 通过简化创新,能为任何项目带来增值。用户无需与底层技术打交道,可以不受拘束地自由构思模型思路。Direct Modeler不会限制设计过程中您对模型做出的变更,让您的想象力得到尽情发挥。对于想在设计过程中随时开展创意思维的用户,它是一个理想工具。

通过简化早期概念设计流程,SpaceClaim Direct Modeler 克服了其它软件包常见的瓶颈。它能快速完成模型开发,满足交付期限。用户可以迅速、方便地为构思建模,充分发挥集思讨论的作用。

电子产品CAE准备

ANSYS SpaceClaim通过去除导致生成低质量网格的无用细节,简化了几何结构并提供电子产品专用工具,例如干扰监测、迹线包面和波导器内部提取。

仿真驱动产品研发

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler适用于完美搭配探索仿真的建模软件,简化理想设计的工作。使用Direct Modeler,您能够利用分析结果优化模型,在整个设计流程中不断改进模型。例如容易在高效率材料使用和一流性能之间找到理想的平衡点。

结构CAE准备

ANSYS SpaceClaim使用双向关联功能自动连接到ANSYS Workbench。能够打开来自任何CAD系统的文件。无论模型是在哪里创建的,都能够进行编辑设计,并对它们做好仿真准备。SpaceClaim创建和抽取中间面/壳体,能从实体模型抽取梁,实现高效率的网格剖分和求解。


四、ANSYS DesignXplorer


4.1 概述

ANSYS DesignXplorer是一款集成型Workbench应用,可将ANSYS Workbench的可靠自动化功能用于参数分析。


仅通过简单的拖放操作,用户就可以将DesignXplorer的各个系统(参数关联、直接优化、响应面、响应面优化或六西格玛分析)添加到ANSYS Workbench原理图中。响应面系统融合了多种类型的试验设计(DOE)算法,能够在运用先进的响应面技术准确为设计空间进行建模之前,即可高效且科学地为设计空间采样。单目标与多目标优化算法可使用多维度响应面,从而迅速找到理想的设计。提供高级直接优化功能并结合自适应优化算法,将响应面和直接优化的特性融为一体。


4.2 功能特点

多物理场优化

ANSYS DesignXplorer是一种易于使用、独立于物理场的多合一工具,适用于高可靠的敏感度、优化以及基础鲁棒性设计分析。

交互式优化

该技术为交互式设计研究提供综合性图形工具集。

快速投资回报(ROI)

DesignXplorer产生的高价值在于能够让用户所在机构迅速开展综合性敏感度分析及优化,从而找出更优秀的设计。


五、产品概览


ANSYS流体仿真产品