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【ANSYS 17】更快、更好的计算流体动力学

2016/5/12 | 2550次阅读 | 来源:ANSYS 发表评论

关键词:ANSYS | 作者:ANSYS | 收藏这篇资讯

在ANSYS17.1 流体套件中,全新的集成型工具集可有效导航、显示和管理大型计算机辅助设计的数据集,从而助力工程师更加方便地准备大型复杂模型(从航空航天到发动机舱的相关仿真)。此外,流体套件中新增的循环图和极坐标图可以显示瞬态叶珊分析结果,方便用户在涡轮机械仿真中清楚了解由于叶珊相互作用造成的常见瞬态周期行为。

全世界的公司都信任由ANSYS提供的解决方案,帮助工程师在最广泛范围内进行更好、更快的设计。他们可以通过解决几乎最困难的问题来消除风险、降低成本和增加营业额。现在ANSYS 17可以让工程师使用ANSYS Fluent更快更方便地计算出可信结果。在工作流程的每一步进行的强化显著提升了Fluent的用户体验,因此工程师可进行更好更快的设计。无需在Fluent“黄金标准”计算结果与计算速度和方便性之间进行妥协。例如,在ANSYS 16.0中,对复杂几何模型的前处理时间缩短了40%,在ANSYS17中,这一缩短比例提升到40%至80%。


产品:

ANSYS CFD 17

ANSYS Fluent 17


描述:

近年来,ANSYS一直致力于增强ANSYS Fluent的用户体验。现在17.0版中增强的工作流程和网格剖分功能可快速提高新用户的工作效率,同时提供的新工具和选项则为有经验的用户增加了出色表现的机会。新手或不经常使用的用户很容易学会Fluent的工作流程,有效加强了用户体验,同时,该软件保持了原有的高效性和强大功能,熟练用户不会感到陌生。下文将概括介绍ANSYS Fluent 17.0中仿真流程各阶段新增的主要发展。
几何结构和前处理

新工具可加速并简化CAD模型的导入和准备工作

用户越来越多地需要对整合复杂物理的、功能完备的复杂几何结构进行仿真。共轭热传递(CHT)仿真就属于这个类别,其设置和执行工作既复杂又耗时。例如汽车发动机舱的热管理,其中有众多尺寸和温度不同的几何对象不仅彼此相互作用,而且还会与周围空气相互作用。ANSYS 16.0中引入的流体-固体映射界面功能经扩展,现在能处理固体-固体界面,也就是说当网格不适形时可使用界面可靠地求解复杂的CHT案例。这样不仅可大幅简化复杂几何结构的网格剖分过程,而且还可确保该鲁棒性方法即便在界面网格质量极差时也能生成解,从而实现更加迅速的原型设计和设计优化。
此外,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,无论他们处于工作流程的什么位置。Fluent用户应研究SpaceClaim的潜力,以便在为CFD仿真做准备的过程中迅速方便地操作几何结构。
找到最佳的连接/交叉容差有时并不容易。一种全新的交互式连接/交叉功能可进行局部标记(Mark)和撤销(Undo)操作,不仅可避免错误连接,而且还能提高效率。交叉处的新选项可以忽略并行面,有助于避免意外的交叉操作。

新工具帮助避免错误的连接,提高效率。

简化的交互式工具有助于实现区域间隙的闭合、连接和交叉。在进行下一个网格剖分操作之前,都可以使用撤销(Undo)来纠正错误。
其他改进包括

▲ 标签定义

▲ 对象创建

▲ 部件更换

▲ 准备用于包装的对象

▲ 抑制多余的CAD对象


网格

脚本化的自动网格剖分

ANSYS一直致力于简化网格创建、物理前处理和求解器设置的复杂流程。其目的是通过在仿真流程各个阶段创造更智能的用户体验,缩短问题设置的总时间。 另一个目的是通过提供改进的默认设置及求解器鲁棒性,减少客户执行仿真所需的先验知识。脚本化的自动网格剖分通过将ANSYS SpaceClaim Direct Modeler与Fluent Meshing结合在一起显著加速该过程,从而在最小干预的情况下准备模型并生成网格。


脚本化的自动最终表面网格(图片由Volvo提供)

本地多面体网格

与连续的四面体网格生成以及在Fluent求解器中系列的多面体转换相比,使用多面体直接生成网格的效率可能会非常高。与转换相比,典型模型所需的存储器容量可减少2到3倍,完成速度可提高2到3倍。当部分或全部四面体网格在之前的流程中转换失败时,这种方法可避免返工。


脚本化的自动最终体网格(图片由Volvo提供)

基于区域的体网格剖分

现在,您可通过更快、更直观的工作流程使用体网格填充一个或多个区域。受支持的网格类型包括四面体或六面体核心,无论是否包含棱柱,都可使用本地设置。


分布式并行棱柱和连续的四面体网格剖分

在具有八个并行节点的情况下,使用主惯性轴方法分区可改善速度性能,与连续的棱柱生成相比速度提高2到3倍。例如,具有700万棱柱和570万四面体网格的起落架模型,使用八个数据处理机时可在3.6分钟内完成,而使用连续方法需要6.4分钟,在ANSYS 16.0中需要10.55分钟。

具有810万个单元的起落架详细信息。本地多面体使网格剖分时间减少38%。

T连接区域已使用根据区域变化的网格自动填充


重叠网格

客户希望能够仿真内部组件彼此相对移动的复杂几何结构。重叠网格可提供一种高效求解方法,超越了使用动态变形网格(MDM)功能的仿真。


这种初始功能针对特定范围的案例提供,并需遵循关于网格间重叠区域所需网格质量和大小的重要指导。重叠网格问题可针对下列情况进行设置和求解:

▲ 稳态和瞬态(固定网格)、3-D和2-D平面

▲ 基于压力的耦合求解器

▲ 不可压缩的密度法

▲ 单相或VOF多相

▲ 热传递

▲ k-epsilon和SST k-湍流模型


17.0版的试用功能:动态网格、可压缩流、有表面张力的VOF、压力远场BC、Workbench支持、基于压力的隔离算法。


网格变形器/优化器

在有数千个边界域的情况下,图形用户界面现在可实现网格变形器/优化器约束设置,从而提高性能。对一个具有1,962个区、超过8000万个单元的用户案例,选择所有区和设置约束的时间从15分钟以上缩短到仅仅2秒钟。此外,用户还可以通过设定边界上所需的控制点数量,加快边界区点的创建,而无需单独创建点。Fluent将使用网格节点的二进制空间分区来自动创建控制点。


全新的用户体验

新手或不经常使用的用户很容易学会ANSYS Fluent的工作流程,有效加强了用户体验,同时,该软件保持了原有的高效性和强大功能,熟练用户不会感到陌生。最新带状工具栏及其它改善让导航变得更直观和快速,减少了鼠标点击次数。完成工作流所需的点击次数减少了多达12%。? 根据典型仿真的各阶段而布置选项卡。? 通过大小或图标突出基本操作和重要操作。? 基本设置直接显示在工具条中。? 更加灵活的窗口布局– 可选的选项卡控制台或任务页面控制台也可以“弹出”

– 图形窗口可以全屏显示


求解器

以更快速度求解较低质量的网格

甚至当只有较低质量的网格时,Fluent也可提供高质量的解和更快的吞吐量。这意味着

▲ 使用GAM在低质量网格上也能实现更高的鲁棒性。

▲ 针对耦合求解器,现在默认使用保守的网格粗化。– 一般可改善收敛。– 尤其有助于具有本地多面体网格和/或高度拉伸单元的案例。

▲ 代数多网格求解器现在自动对线性系统进行重新排序。

 在使用基于压力的求解器时可使用弯曲面梯度校正选项。这对具有十分不平整面或单元质心位于单元外的六面体或多面体单元非常有用。


高性能计算(HPC)提供经过验证的可扩展能力,最大可达12.9万个内核

ANSYS Fluent不断打破之前的仿真世界记录,现已扩展到129,000个计算内核,且运行效率高达90%。因此,即使是最大的仿真模型也可提供快速及时的结果。由于对分区、通信和AMG求解器的进一步优化,Fluent求解器已经展现出前所未有的扩展性能与效率,可充分满足并行处理和模型复杂性的要求。此外,针对滑动界面交叉和负载平衡的优化算法,可为MDM和滑动网格案例带来改善的扩展能力。比如刹车片、发动机曲轴箱润滑模型和内燃机(ICE)案例等。例如,160万单元的ICE案例在384个内核上并行效率提高到55%。最后同样重要的是,案例/数据IO时间通过HDF5格式得到显著缩短。

 

在劣质网格上,弯曲面梯度校正的结果与优质网格的结果更加贴近

这些HPC改进并非只针对极端案例。通过优化通信和去除妨碍案例读取和并行构建的瓶颈,较小的案例和HPC集群(尤其是2000个核以上的集群)将大获裨益。包括分区和邻域创建在内的HPC设置可加快30倍。由于所有读/写阶段的输入/输出时间缩短,HDFIO得以增强。写入时间也得到最显著的改善。


滑移与变形网格

Fluent中的一些滑移与变形网格案例获得了显著提速,包括有额外物理场出现的情况。具体改进包括邻域优化、滑动界面优化和并行求解器优化等。例如,曲轴箱润滑仿真加快85%,气缸内燃烧仿真加快55%。


加快收敛

针对耦合求解器,Fluent现在默认使用保守的网格粗化。该功能尤其有助于具有本地多面体网格和/或高度拉伸单元的案例。这种代数多网格求解器现在自动为线性系统重新排序,以确保多个单元域的正确顺序。两大修改让Fluent的收敛速度显著提高。对200次迭代后解仍然不能收敛的案例,在进行上述修改后Fluent会在94次迭代后实现收敛。


更出色的结果

虽然超出了本文的内容范围,Fluent 17.0持续挑战极限,增加了很多新模型和功能,能够在一系列最广泛的应用内精炼和改善仿真结果。明显改进包括反应流、应力-BSL湍流模型和航空-振动-声学。包面梯度校正功能针对具有弯曲面的情况改善了收敛和结果。伴随设计工具现支持边界面、预定义的旋转/平移/缩放以及约束检查,可对更广泛的几何结构进行精心优化。


后处理

▲ 经改进的监测性能

▲ 更灵活的监测器和定制场检测功能


将瞬态面数据导出到CFD-Post

客户越来越多地需要在大型复杂网格上运行瞬态流体仿真,但这样做会产生大量的数据,大大多于后处理过程中开展结果分析所需的数据。利用ANSYS 17.0,Fluent和ANSYS CFX用户可选择输出并保存选定的结果到任意指定的表面(等值表面、等值剪裁、STL表面),这就为管理和减少CFD-Post后处理生成的数据提供了另一种方法。现在不仅能指定“对象”和“时间”,还能指定“位置”,从而能显著减少所生成的数据量。由此,该功能不仅可大幅节省数据存储空间(有时高达90%),还能显著加速CFD-Post中瞬态结果的后处理。在此之前,一些用户很容易就把磁盘填满了生成的数据,而且没有任何规避办法。这个问题现已得到完美解决。


8.3亿个单元的燃烧器模型在NERSC Edison XC30集群上从768个内核扩展到129,024个内核


针对STL表面的CFD-Post支持

用户现在可以在.stl格式中导入和导出几何结构定义。这样用户导入环境几何结构,更精确地定义后处理位置,从而改善图像的质量。此外,用户还能导出任何用于其他用途的表面定位器,例如Fluent中的表面。

总结

所有丰富功能,尽在ANSYS 17.0

在ANSYS 17.0的帮助下,每位工程师都可以更方便地使用Fluent获得充分验证的结果。覆盖整个工作流的多项创新可在不减少准确度的情况下,显著加快获得结果的时间。ANSYS 17.0将复杂几何结构的前处理时间缩短40%到80%,同时运用大量新功能拓展仿真的无限可能。


上述文章来源于ANSYS17 专栏,查看更多ANSYS 软件进展、白皮书、测试报告、技术方案可以访问:

http://www.ansys.com/zh-CN/Products/Release-Highlights



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