ANSYS流體分析解決方案（二）

2016-10-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

各種分析功能

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent是全球排名第一的通用流體動力學(xué)(CFD)商業(yè)軟件。從CFD的初學(xué)者到專家都可以放心使用。ANSYS Fluent可以獨(dú)立運(yùn)行,也可以集成在ANSYS Workbench中運(yùn)行。利用該集成環(huán)境,Fluent可與其它CAE軟件方便地交互數(shù)據(jù)、進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析、執(zhí)行流固耦合解析。

應(yīng)用實(shí)例

功能

數(shù)值解析和相關(guān)功能

二維平面、二維軸對稱、帶旋流的二維軸對稱、三維流動分析
穩(wěn)態(tài) / 瞬態(tài)流動
網(wǎng)格創(chuàng)建

通用的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格求解器,亦可使用多面體網(wǎng)格。

求解器

基于壓力的求解器(分離式、耦合式)和基于密度的求解器(隱式算法、顯式算法)。多種求解器支持求解大范圍馬赫數(shù)內(nèi)的流動。

對流項(xiàng)離散格式

一階/二階迎風(fēng)格式、三階精度 MUSCL 格式、乘方格式、QUICK、中心差分格式(LES 使用)。

并行計(jì)算

超過 10,000 核的并行支持。

網(wǎng)格自適應(yīng)
慣性或非慣性坐標(biāo)系中的多基準(zhǔn)坐標(biāo)系模型、滑移網(wǎng)格模型與移動網(wǎng)格模型
移動變形網(wǎng)格

內(nèi)置移動網(wǎng)格功能,可根據(jù)需要選擇多種網(wǎng)格移動變形模式。因此,可以靈活應(yīng)對流體計(jì)算中出現(xiàn)的非常復(fù)雜的形狀變化?？赏ㄟ^用戶自定義程序 (UDF) 便捷定義剛體的六自由度運(yùn)動。

流固耦合分析

可在 Workbench 環(huán)境下輕松實(shí)現(xiàn)與 ANSYS Mechanical 的單向或雙向

耦合計(jì)算。

電磁 - 熱耦合計(jì)算

可在 Workbench 環(huán)境下輕松實(shí)現(xiàn)與 ANSYS Maxwell 的單向或者雙向

耦合計(jì)算。

網(wǎng)格的變形功能

物理模型和物理屬性

無粘流、層流、湍流。

主要的湍流模型包含 Spalart-Allmaras,Strandard/RNG/Relizable k-epsilon,Standard/SST k-Omega, V2F, RSM, Transition k-kl-Omega, Transiti on SST, SAS, LES(各種 SGS 模型),DES 以及多種低雷諾數(shù)湍流模型。軟件還內(nèi)置了多種近壁面流動的處理方法。

牛頓流體、非牛頓流體
強(qiáng)制/自然對流、共軛換熱、輻射傳熱

輻射計(jì)算內(nèi)置了五種模型。特別地,通用性極強(qiáng)的Discrete Ordinates 模型,可以求解復(fù)雜的輻射傳遞過程,如鏡面反射、透射、界面折射、散射以及非灰體的輻射。需要提及的是,大規(guī)模分析時可借助于 ANSYS Fluent 卓越的并行計(jì)算能力降低分析時間。

多組分混合、燃燒和化學(xué)反應(yīng)

軟件包含多種專門用于處理復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)(燃燒)的剛性求解器。同時,內(nèi) 置多種化學(xué) 反應(yīng) 模型,如 EDC、EDM、PDF、Laminar Finite-Rate、Composition PDF、Premixed Combustion(Zimont/Peters)、Partially Premixed Combustion 模型。軟件亦可直接導(dǎo)入 CHEMKIN 格式的反應(yīng)和物性數(shù)據(jù)庫。

自由表面流/多相流、基于拉格朗日方法的離散相模型

內(nèi)置多種多相流模型處理不同的多相混合輸運(yùn)問題。多相流模型可支持可壓縮介質(zhì)、亦可支持三相以上的復(fù)雜多相流系統(tǒng)。另外,對于自由表面流,軟件提供了高解析度的跟蹤技術(shù)。

離散單元法

基于離散單元法(DEM)求解顆粒相運(yùn)動。

液膜模型
空化模型
相變模型凝固 / 融化模型
多孔介質(zhì)模型可解釋各向異性的阻力模型。
考慮傳熱時可支持局部熱平衡模型與局部熱不平衡模型。
以風(fēng)扇、散熱器、熱交換器為對象的集中常數(shù)模型
面向旋轉(zhuǎn)機(jī)械的各種相關(guān)功能
噪聲模型

包含幾乎所有聲學(xué)分析功能:直接計(jì)算方法(CAA)、聲類比方法(FW-H)、寬帶噪聲源模型、與專業(yè)聲學(xué)軟件的耦合功能(SYSNOISE/ACTRAN)。

物性數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)接口和自定義程序。

網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)入

可從主流的網(wǎng)格生成軟件直接導(dǎo)入網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

后處理數(shù)據(jù)接口

可將結(jié)果輸出至 Tecplot、Ensight 等主流的結(jié)果可視化軟件中進(jìn)行

處理。

用戶定義的方程式
質(zhì)量、運(yùn)動量、熱、物質(zhì)的體積源項(xiàng)
用戶自定義程序(UDF)開發(fā)

基于C語言的靈活的二次代碼開發(fā)。

附加模塊

燃料電磁模塊(PEMFC、SOFC)、磁流體模塊(MHD)、連續(xù)纖維模型、

相群平衡模型(PBM)、電池模型、伴隨求解器等各個模塊。

ANSYS CFX

20年以上服務(wù)全球領(lǐng)先企業(yè)的歷史。特別地,CFX在旋轉(zhuǎn)機(jī)械和多相流所涉及的工程領(lǐng)域獲得了巨大的聲譽(yù)。

應(yīng)用實(shí)例

功能

數(shù)值解析和相關(guān)功能

二維平面流動、三維流動
定常 / 非定常流
網(wǎng)格支持

支持一般的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。使用基于節(jié)點(diǎn)的離散化方法,使普通網(wǎng)格具備與多面體網(wǎng)格一樣的優(yōu)點(diǎn)。

求解器

基于壓力的耦合求解器與代數(shù)多重網(wǎng)格的組合是 CFX 求解器最大的特征。與其它方法相比,求解器的魯棒性及其對低質(zhì)量網(wǎng)格的兼容性,使得 CFX 在大規(guī)模復(fù)雜問題分析時顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。因?yàn)槭菃我磺蠼馄?CFX 的所有物理模型都與求解器兼容。軟件也內(nèi)置了六自由度剛體解算器。

差分格式

一階/二階以及混合階迎風(fēng)格式,有界高分辨率差分格式。

并行計(jì)算
網(wǎng)格適應(yīng)(自適應(yīng)網(wǎng)格)
移動變形網(wǎng)格
重疊網(wǎng)格技術(shù)
流固耦合計(jì)算

ANSYS Workbench 環(huán)境下ANSYS Mechanical聯(lián)合求解,MFX可提供隱式的時間推進(jìn)。

物理模型和物性

層流、湍流

配備了與 ANSYS Fluent 同樣的大量湍流模型和近壁面流動的處理方法。

牛頓流體、非牛頓流體
強(qiáng)制 / 自然對流、共軛換熱、輻射傳熱
多組分混合、燃燒和化學(xué)反應(yīng)
自由表面流 / 多相流、基于拉格朗日方法的離散相模型

有豐富的模型。數(shù)值求解穩(wěn)定(體積分?jǐn)?shù)方程也可置于耦合求解的框架之下)。對于必須了解氣泡直徑分布的問題 ,MUSIG 提供了非常獨(dú)特并且有效的方法。此外,也可求解常見的空化問題。

相變模型
多孔介質(zhì)模型可解釋各向異性的阻力模型。
風(fēng)扇、散熱器等設(shè)備的集總模型
旋轉(zhuǎn)機(jī)械

專用前后處理功能模塊,針對旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行特別優(yōu)化的高魯棒性求解器,相關(guān)的模型與功能(湍流模型、動靜葉干擾、蒸汽物性、流固耦合)。

噪聲模型

直接計(jì)算方法(CAA)、與專業(yè)的聲學(xué)軟件耦合的功能、基于單個風(fēng)扇的穩(wěn)態(tài)流場解的 Lawson 模型。

物性

內(nèi)置國際標(biāo)準(zhǔn) IAPWS-IF97 的水和水蒸汽物性數(shù)據(jù)。

可計(jì)算流體 - 固體間熱移動的多孔模型

數(shù)據(jù)接口和自定義程序

操作環(huán)境

可單獨(dú)運(yùn)行 CFX,也能夠在 ANSYS Workbench 集成環(huán)境下運(yùn)行。在 Workbench 環(huán)境下,可與 ANSYS 其它 CAE 產(chǎn)品輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,進(jìn)行優(yōu)化、流固耦合分析。

網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)入

可從主流的網(wǎng)格生成軟件直接導(dǎo)入網(wǎng)格數(shù)據(jù)。

后處理數(shù)據(jù)接口

可將結(jié)果輸出至 Tecplot、Ensight 等主流的結(jié)果可視化軟件中進(jìn)行處理。

用戶自定義程序開發(fā)

與位置、時間等相關(guān)的物理特性、初始條件等的定義?？梢栽趫D形界面中以簡單的公式直接設(shè)定,且可圖形化檢查,使用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)。

質(zhì)量、動量、能量、化學(xué)組分方程體積源項(xiàng)的用戶自定義 FORTRAN 程序

基于 FORTRAN 語言的源代碼,降低用戶二次開發(fā)的難度。

ANSYS Polyflow

ANSYS Polyflow 是基于有限元法的粘性、粘彈性流體動力學(xué)分析軟件。Polyflow 提供了一個創(chuàng)造性的通用求解環(huán)境,將豐富求解功能集于一身,使得用戶靈活、準(zhǔn)確地進(jìn)行成型模擬成為可能。它適用于塑料、樹脂等高分子材料的擠出成型、吹塑成型、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動及傳熱和化學(xué)反應(yīng)問題。另外也可用于模擬聚合物的流動問題。

應(yīng)用領(lǐng)域

ANSYS Polyflow 具有強(qiáng)大的解決非牛頓流體及非線性問題的能力,且具有多種流動模型,可以解決聚合物、食品、玻璃等加工過程中遇到的多種等溫 / 非等溫、二維 / 三維、穩(wěn)態(tài) / 非穩(wěn)態(tài)的流動問題,可以用于聚合物的擠出、吹塑、拉絲、層流混合、涂層過程中的流動、傳熱和化學(xué)反應(yīng)問題。

模具設(shè)計(jì)
擠出成型?發(fā)泡擠出
吹塑成型
熱成型?真空成型
壓縮成形
纖維成型
薄膜成型
螺桿擠出機(jī)(1 軸,2 軸,多軸)
電線涂覆
多層模頭?多層共擠
玻璃熔融成型

功能

ANSYS Polyflow 采用了高斯消元法直接求解方程。確保高分子材料加工以及玻璃成型等復(fù)雜流動問題得到了收斂。針對業(yè)內(nèi)常見的各種問題如畸形網(wǎng)格、固體部件的復(fù)雜運(yùn)動以及自由表面和模具之間的接觸檢測等,POLYFLOW 擁有先進(jìn)的技術(shù)處理方案。

2-D、2.5-D、2-D 軸對稱、2-D 旋轉(zhuǎn)軸對稱、3-D、3-D 薄殼、2-D 薄膜
穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)及演化分析(連續(xù)性技術(shù))
牛頓流體(包含降伏強(qiáng)度流動)
多模態(tài)粘彈性流 ( 微分型?積分型 )
自然 / 強(qiáng)制 / 混合對流、共軛傳熱、在移動固體中熱傳導(dǎo)、電熱模式
自由表面
自適應(yīng)網(wǎng)格
靜態(tài)與動態(tài)接觸點(diǎn)
網(wǎng)格重疊技術(shù)
化學(xué)反應(yīng)及混合
多孔介質(zhì)
流固耦合求解
內(nèi)部移動邊界
逆向擠出或拉出

ANSYS Icepak

ANSYS Icepak 是面向工程師的專業(yè)電子產(chǎn)品熱分析軟件。借助Icepak的分析,用戶可以減少設(shè)計(jì)成本、提高產(chǎn)品的一次成功率,改善電子產(chǎn)品的性能、提高產(chǎn)品可靠性、縮短產(chǎn)品的上市時間。它可求解芯片級、封裝級、板級、機(jī)箱機(jī)柜級、環(huán)境級等全范圍的電子散熱問題。Icepak的求解器采用著名的ANSYS Fluent,保證其出色的穩(wěn)定性、精確性和對大型問題的高性能計(jì)算的支持。

功能

模型生成

友好界面和操作、基于對象建模、各種形狀的幾何模型、大量的模型庫、豐富的ECAD數(shù)據(jù)接口、專用的CAD軟件接口DesignModeler;這一切都保證了Icepak建模,尤其是對于復(fù)雜系統(tǒng)建模的快捷與準(zhǔn)確。

網(wǎng)格生成

具有自動化的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成能力,可以快速生成笛卡爾網(wǎng)格和貼體的六面體網(wǎng)格。先進(jìn)的多級六面體主導(dǎo)網(wǎng)格劃分技術(shù)可為用戶提供更強(qiáng)大的網(wǎng)格剖分能力。只需點(diǎn)擊生成按鈕,用戶即可對復(fù)雜模型,甚至是MCAD軟件中生成的帶有復(fù)雜曲面的模型。

計(jì)算

Icepak借助于著名的ANSYS Fluent求解器。ANSYS Fluent擁有卓越的穩(wěn)定性。對于大規(guī)模問題,其并行計(jì)算能力非常優(yōu)異。在新的版本中,Icepak還可以借助于Fluent的GPU加速功能進(jìn)行再加速。

結(jié)果后處理

計(jì)算結(jié)束,用戶可在Icepak環(huán)境中查看溫度分布、氣流組織、關(guān)鍵的數(shù)值等重要的散熱設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

特點(diǎn)

Windows風(fēng)格的操作界面?；趯ο蟮慕７绞?。所見即所得的操作方式。

自動網(wǎng)格生成

自動生成連續(xù)/非連續(xù)的笛卡爾直角網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化貼體六面體網(wǎng)格、六面體主導(dǎo)的貼體網(wǎng)格。Icepak還可支持多級六面體主導(dǎo)網(wǎng)格的生成,使得它對復(fù)雜曲面幾何的處理更加得心應(yīng)手。

薄板傳熱模擬

對于薄板,Icepak 可以將其處理為無厚度的傳熱器件,但計(jì)算時可將其厚度方向與平面方向的導(dǎo)熱納入傳熱分析的考慮范圍,該模型的精度幾乎可以與完整的三維模擬媲美。

多流體解析

可同時求解多種流體存在的傳熱案例,如水冷設(shè)備的冷卻(自由表面流、多相流除外)。

焦耳熱分析

可設(shè)定與溫度相關(guān)的電阻率,求解穩(wěn)態(tài) / 瞬態(tài)情況下任意形狀的焦耳熱問題。

風(fēng)扇 MRF(Multiple Reference Frame) 模型

基于真實(shí)風(fēng)扇的三維 CAD 模型對風(fēng)扇流場進(jìn)行求解,結(jié)果更加逼真。

多組分?jǐn)U散解析

可求解多種化學(xué)組分在流場內(nèi)的分布與擴(kuò)散。針對水蒸氣存在的情況可計(jì)算相對濕度。

溫度相關(guān)的功耗分析

某些半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)熱量明顯與溫度相關(guān),Icepak 可以輕松處理此類

問題。由于可以設(shè)置正向電壓溫度特性,因此也可用來分析 LED。

熱網(wǎng)絡(luò)模型

可自動抽取 DELPHI 熱網(wǎng)絡(luò)模型。也可以編輯、使用任何形式的熱網(wǎng)絡(luò)模型。

太陽輻射模型

可模擬建筑物或者室外設(shè)備受太陽輻射的熱影響。

TEC 分析

可進(jìn)行 TEC 選型與溫度校核。

物性數(shù)據(jù)、IC 封裝、風(fēng)扇、散熱器等數(shù)據(jù)庫

內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)的電子散熱常用的物性數(shù)據(jù)和 IC 封裝,散熱器,風(fēng)扇等各種數(shù)據(jù)庫。

CAD 數(shù)據(jù)接口

ECAD可直接導(dǎo)入 IDF2.0/3.0 進(jìn)行 PCB 的建模。亦可導(dǎo)入 MCM/Sip、ODB++、Gerber、ANF 等多種主流的 ECAD 文件格式進(jìn)行建模。軟件可以根據(jù)導(dǎo)入的Trace數(shù)據(jù)進(jìn)行局部導(dǎo)熱系數(shù)的評估。

MCADANSYS DesignModeler 支持將 SETP、IGES、ProE、Solidworks、UG、Catia 等多種形式的 CAD簡化并轉(zhuǎn)化為 Icepak 所識別的數(shù)據(jù)。

ANSYS 電磁 - 熱耦合模擬

ANSYS HFSS、Maxwell、Q3D Extractor、SIwave 的電磁損失可以直接導(dǎo)入 Icepak 進(jìn)行電磁 / 熱耦合計(jì)算。Icepak 還可將溫度反饋回 SIwave 進(jìn)行雙向耦合計(jì)算。

ANSYS Simplorer 聯(lián)合求解

ANSYS Icepak 的算例可以嵌入 ANSYS Simplorer,構(gòu)成系統(tǒng)計(jì)算中的一個節(jié)點(diǎn)?；蛘?Simplorer 可根據(jù)Icepak 的計(jì)算結(jié)果抽取出等效的熱網(wǎng)絡(luò)模型,這使得 IGBT 等器件的快速熱模擬成為可能。