ANSYS v14.5 Update CFD. Ludvík Láníček. Brno, 13. března 2013

Transkript

1 ANSYS v14.5 Update CFD Ludvík Láníček 1 Brno, 13. března 2013

2 SVS FEM s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Materiály, včetně všech částí a příloh, jsou chráněny autorskými právy. Jakékoliv jejich užití mimo rámec autorských práv je vázáno na písemný souhlas fy. SVS FEM s.r.o. To platí především o kopírování, překladech, mikrofiších a zpracování elektronickými systémy. 2

3 Manipulace s mřížkou 3

4 CutCell Remeshing (FL) Remesh cutcell meshes with boundary layers (FL) Použití hexa-dominantní mřížky s prismatickou vrstvou pro deformující se mřížky Není potřeba dodatečných rozdělení objemů pro generaci sítě Remeshing je sériový Není tedy vhodný pro velmi velké modely 4

5 Identifikace dotyku (FL) Detekce kontaktů, dosednutí pro simulaci ventilů, FSI aplikace Podchycení ploch, které se k sobě přiblíží do definované vzdálenosti, a zabránění tak vzájemné kolizi pohybujících se stěn Chování proudového pole ve štěrbině lze popsat s pomocí porézní oblasti UDF definuje, jak se bude chovat kontakt V aktuální verzi není kompatibilní se Systems Coupling Detekce kontaktu na modelu, kde se stěny proti sobě deformují v sinusovém tvaru 5 Detekce kontaktů v modelu se skákajícími koulemi

6 Pohyb mřížky na hranicích (CFX) Klouzající mřížka Paralelní vazba mřížky na okrajovou podmínku Mřížka na povrchu se může po ní pohybovat Popis geometrie, ani parametrizace klouzání mřížky nejsou potřeba Obecný pohyb na modelu pak lze předepsat s menším počtem topologií Klesá potřeba interpolace mezi jednotlivými mřížkami Udržení kvalitní sítě (ortogonality) přes delší rozsah pohybu mřížky Snižuje se potřeba uživatelem kontrolovat pohyb mřížky 6 Výpočet pojistného ventilu s deformující se mřížkou. Demonstrace kvality elementů v průběhu oscilace ustálení pozice kuličky

7 Pohyb mřížky na hranicích (CFX) Pohyb mřížky na rotačních plochách Pohyb mřížky na rotačních plochách pro dodržení kvality sítě ( Surface of Revolution ) Uživatelem definovaná osa rotace Povrchová síť klouže po rotační ploše definované osou a poloměrem z jejího počátečního tvaru Zachovává se konstantní hodnota rádiusu pro každou osovou pozici Celkový pohyb mřížky se řídí podle tvaru počáteční mřížky Základní použití je pro modelování kmitání lopatek Podle kmitajícího konce lopatky se deformuje povrchová mřížka na stěně Vylepšení robustnosti výpočtu pro velké amplitudy Zajištění odpovídající kvality mřížky 7 Demonstrace pohybu deformující se mřížky na rotační ploše při výpočtu kmitání lopatky ( flutter )

8 Pohyb mřížky na hranicích (CFX) Relativní posuv Pohyb mřížky relativně k její počáteční pozici Důležité pro periodický pohyb Vyvarování se akumulace chyb přes časový úsek Zajištění soudržné sítě přes jednotlivé cykly Příklady použití Pohyb pístu Kmitání lopatek 8 Simulace kmitajících lopatek turbíny s posuvem definovaným kolmo na jejich tětivu, tedy kde zachování soudržné mřížky je zásadní

9 Pohyb mřížky na hranicích (CFX) Elastická mřížka Deformace mřížky Elastic Analogue β Jiná varianta než základní algoritmus Displacement diffusion Mřížka se chová jako elastický materiál Pomáhá zachovat ortogonalitu sítě Kompatibilní se stávajícími modely tuhosti mřížky (options) Tuhost mřížky se zvyšuje se zmenšujícími se objemy jednotlivých elementů Vyšší výpočetní náročnost Elastic Analogue (tuhost mřížky f(objem)) Lepší udržení ortogonality mřížky Displacement diffusion (tuhost mřížky f(wall dist)) 9

10 Adjoint Solver (FL) Lze definovat kombinované proměnné Definovaných proměnných pro inženýrské účely např.: poměr vztlak/odpor, nerovnoměrnosti hmotnostního toku na výstupu Jednodušší definování celkového směru vylepšení (minimum, maximum) Podpora posuvné a rotační periodicity Ve verzi 14.5 nejsou podporovány: SRF, MRF a sliding mesh Příklad s 2D posuvnou periodicitou: vektory Optimal Displacement na lopatce pro poměr vztlak/odpor Postprocessing Hladší vykreslování výsledků po obecných plochách Optimal displacement vectors Oriented optimal displacement Oriented shape sensitivity Sensitivity to viscosity 10 Orientovaný Optimal Displacement : Pro snížení tlakové ztráty červené oblasti stlačit, modré vytáhnout

11 Mesh Morpher (FL) Fluent Mesh Morpher a Optimizer parameters spolupracuje s Design Explorer Kombinace optimalizačních nástrojů DesignXploreru s Fluent Mesh Morpher a Optimizer (MMO) Rychlejší optimalizace Závislosti mezi parametry Vícenásobné operace Zlepšení používání Mesh Morpher and Optimizer (MMO) Předělané uživatelské rozhraní Celkový report pro MMO v grafickém rozhraní Lepší kontrola změn MMO oblasti s pomocí okrajové oblasti Definování rozměrů MMO kontrolní oblasti jako násobek od vybrané 2D oblasti Výrazné zjednodušení práce 11

12 Ovládání 12

13 Solution Monitoring Workbench (FL) Sledování výpočtu FLUENTu přímo v prostředí ANSYS Workbench Sledování konvergence výpočtu, kdy FLUENT běží na pozadí Výpis konvergence při přepočtu Design Point Vykreslování je podporováno i v kombinaci s RSM Ukázka zobrazení průběhu residuí výpočtu FLUENTu v prostředí Workbench 13

14 Solution Monitoring Monitor Convergence (FL) Definované monitory jako míra dosažení konvergence Surface, volume, lift, drag a moment monitory Konvergence je dosaženo, pokud velikost odchylek je pod definovanou mez Samostatně nebo v kombinaci s hodnotami residuí Sledování středních hodnot, pouze TUI β Aktualizace monitorů při změně Cell zone Pokud je zóna přidána nebo odstraněna během výpočtu, pak jsou monitory taktéž aktualizovány 14

15 Solution Monitoring Monitoring Point (CFX) Monitorovací body v definovaných bodech pro pohyblivou geometrii Udržení pozice monitorovacího bodu při pohybu sítě Volba interpolace Nejbližší uzel Tri-linearní interpolace Kontrola, jak často se má pozice monitorovacího bodu zkontrolovat Zlepšení pro porovnávání výpočtu s experimentem 15 Monitorovací bod v úplavu za turbínovými lopatkami, s pevně definovanou pozicí, v pohybující se mřížce

16 Solution Monitoring Post-Processing (CFX) Vykreslení průběhu výpočtu z CFX v CFD-Post β Zobrazování průběhu konvergence v grafech Porovnání aktuálního výpočtu s jiným Výpočet statistických hodnot z monitorovacích bodů Zahrnutí průběhu konvergence do reportu 16

17 Ansoft LLC 0.35 I2.I [A] XY Plot 1 Simplorer_pulse_discharge_320mA Curve Info I2.I TR Time [s] ANSOFT RLoad.V [V] ANSYS Fluent jako server Plný přístup uživatele k řešiči FLUENTu s použitím FLUENTu jako serveru. Fluent as a Server (Fluent aas) FLUENT Remote Console Definování fyziky, numeriky, inicializace, výpočet a zpracování výsledků pro Fluent aas přes rozhraní: Fluent Remote Console: předkompilovaná klientská aplikace Vzdálená konzole Příkazy přes TUI commands a přenos souborů Vlastní aplikace pak používají Fluent aas přes SDK jako modul Simplorer, Matlab, Python, Napojení je pak nezávislé na operačním systému Ccapacity 0 I2 IBatt R5 0 0 VOC Rseries CT_S RT_S RT_L CT_L Curve Info RLoad.V TR RLoad FML EQU Time [s] 17 Simulace vybíjení akumulátoru spojením SIMPLORERu a FLUENTu

18 Uživatelské prostředí Profily, export (FL) Profily mohou být předepsány jako zdrojové členy Hodnota zdroje je závislá na poloze nebo času Včetně transientních profilů pro open channel vlny Rozšíření importu a exportu dat Export do PATRAN je paralelní Export do Radtherm z mřížky s polyhedrálními elementy 18

19 Uživatelské prostředí Output Control (CFX) Zápis proměnných v transientním výpočtu je na hranicích Doplňující volba pro ukládání dat Vhodné, pokud nepotřebujete hodnoty proměnných v celém modelu Např. jsou potřeba jen tlaky na povrchu export do akustického řešiče Přínos: Snížení času na I/O Ukládá se menší množství dat 19

20 Uživatelské prostředí Zpracování výsledků (CFD-Post) Zlepšení reportů v prostředí ANSYS Workbench Předvolby šablon reportů Volba přepočtu reportu při update projektu Upravený Quick Animations Přepočítají se pouze určené a na nich závislé části Fluent post-processing Rychlejší načítání zkomprimovaných (*.gz) výsledků Částečný vliv na transientní analýzu Podpora změny topologie v CDAT souborech Ovlivnění výpočtu pro ICE výpočty 20

21 Fyzikální modely 21

22 Spalování (FL) Rychlost a přesnost Rychlejší výpočet PDF tabulky pro difuzní a částečně kinetické spalování Automatické vkládání výpočetních bodů do PDF tabulky Při překročení definované velikosti změny hodnot proměnných se vloží další bod Přesnější lineární interpolace (2.řádu) Zrychlení výpočtu Spalování o ~50% času Celková simulace o ~75% času 22

23 Spalování (FL) Výpočet CO Nový premixed laminar flamelet model pro přesnější výpočet CO Založeno na přístupu Flamelet Generated Manifolds (FGM) Rychlejší a více přesný model pro výpočet flamelet kinetického spalování se zahrnutím emisí CO Výpočet 2x2 transportních rovnic pro mixture fraction (mean a variance) a reaction variance (mean a variance) Hodí se nejlépe pro dokonalé čistě kinetické spalování Zobrazení molárního zlomku pro CO 23

24 Spalování (CFX) BVM, G-eqv. Nastavení BVM pro difuzní spalování β Burning Velocity Model (BVM) je primárně určený pro kinetické ( premixed ) nebo částečně kinetické ( partially-premixed ) spalování Pro difuzní spalování BVM v některých případech dává nereálné výsledky Nové nastavení, upravená diskretizace pro BVM tento problém překonává Auto-ignition funkce je kompatibilní s G- equation modelem spalování β Ukázka teplotního pole u vířivého hořáku. Vrchní obrázek je pro standardní nastavení. Spodní obrázek je pro nové nastavení, dávající reálné výsledky. 24

25 Neideální termodynamické vlastnosti směsí (CFX) Rozšířena možnost definovat vlastnosti směsí pomocí CEL výrazů pro požadovaný popis neideálních vlastností směsi Stavové rovnice směsí Hustota jako funkce p, T a jednotlivých složek směsi nebo Tlak jako funkce v, T a jednotlivých složek směsi Mixture specific heat capacity Definovaná společně s měrnou entalpií a měrnou entropií Přesnější definování vlastních termodynamických vlastností směsi, kdy popis ideální směsi (přes hmotu průměrovaný) není dostatečně přesný 25

26 Radiace (CFX) Zlepšená účinnost výpočtu radiace Snížení velikosti komunikace mezi jádry Ovlivnění rychlosti výpočtu první iterace a při rozdělení na velký počet jader Rozdělení na jednotlivé jádra pro pokročilé radiační modely β Standardní CFX možnost rozložit výpočet radiace s pokročilými modely radiace (Discrete Transfer and Monte-Carlo). Odpadá ruční nastavování. Možnost provedení rozložení na jednotlivé jádra pro modely s pokročilými modely radiace na stroji, který pak nebude součástí výpočtového clusteru. Vyhnutí se opakovaného provádění partitions pro modely s opakujícími se simulacemi Např. výpočet několika návrhových bodů 1x se provede partition, na nějakém stroji nyní i pro radiaci Nx se provede výpočet s využitím již provedeného separátního partition: operating_point_001 operating_point_002 operating_point_

27 Radiace (FL) Zrychlení výpočtu radiace Výrazné zrychlení načítání *.cas pro S2S model radiace Zkrácení času pro kompletaci radiačních ploch Kratší doba výpočtu součinitelů osálání pro velké úlohy Snížení potřebného času pro výpočet součinitelů osálání u teplotních výpočtů v automobilovém průmyslu Case 1: 1.44M cells No of processors Speed-up Ratio Case 2: 26.3M cells No of processors Speed-up Ratio Porovnání zrychlení načítání souboru na dvou modelech Rychlejší výpočet součinitelů osálání pro S2S s využitím periodických okrajových podmínek Zmenšení výpočetního času a nároků na paměť Rotační a posuvná periodicita Nekonformní periodicita Urychlení výpočtu součinitelů osálání pro výpočet teplotního režimu v motorovém prostoru (model: 7.34M elementů, celkový počet ploch pro radiaci: 1.38M) No. of processors Speed-up Factor (R14.0/R14.5)

28 Radiace (FL) S2S; Fluid-Solid Vylepšení slučování plošek pro S2S algoritmus radiace, odstraňující nereálná přehřátá místa Pro všechna použití S2S modulu radiace u složitých aplikacích. Obzvláště zvyšující přesnost výpočtu pro výpočty teplotních režimů v motorovém prostoru Starý algoritmus (s přehřátými místy) Rozložení teplotního pole v motorovém prostoru Použití vylepšeného algoritmu Přenos teplot mezi zdroji v Fluid a Solid oblastmi pomocí nerovnovážného teplotního modelu ( non-equilibrium thermal model ) Zaměření: automobilový průmysl, chladnutí nebo ohřívání katalyzátoru výfukových plynů Zobrazení zdrojů v nerovnovážném teplotním modelu na Fluid/Solid rozhraní v automobilovém katalyzátoru Překrývající se Fluid a Solid oblasti Fluid oblast Solid oblast 28

29 Radiace (FL) Convective Augmentation Factor Modeling Convective Augmentation Factor (CAF) (FL) Convective augmentation factor (CAF) je definovaný jako poměr: (změřené Nusseltovo číslo)/(ideální Nusseltovo číslo). Nu = a.re b.pr c Zachycení lokálního zvýšení přestupu tepla od místního zvýšení rozvíření proudového pole nebo narušené mezní vrstvy (CAF>1.0) Parametr je vhodný pro aplikace s intenzivním přestupem tepla: motorový prostor, výfukové potrubí, tepelné výměníky Přístupné pouze přes TUI Výsledky R13 (potřeba UDF) Výsledky R14.5 (bez UDF) 29

30 Turbulence (FL) SAS přístup pro všechny k-ω modely turbulence SAS model turbulence je přesnější než RANS modely pro případy s velkou nestabilitou proudového pole Zadání pouze v TUI Zlepšený popis popisu stěnové funkce pro standard-, realizable- a RNG- k-ε modely turbulence β Snížení vlivu na velikost mřížky a vyšší přesnost simulací v blízkosti stěn Původní EWT Vylepšený NWT Nestlačitelné proudění, mezní vrstva na ploché desce: vylepšený popis smykových sil na stěně pro Standard-(k, ε) na mřížkách rozdílné velikosti. 30

31 Akustika (FL) Načítání Acoustics Source Data souborů Pro Ffowcs Williams-Hawkings akustický řešič lze použít data z jiného řešiče nebo z analytického výpočtu Načítání externích ASD souborů do akustického řešiče Fluent CFD Solver In-house CFD solvers, Analytical Solution p, U, on FW-H surface ASD File Fluent FW-H Acoustics Solver 31

32 Vícefázové proudění 32

33 Další možnosti exportu dat Export histogramů částeček do *.csv souboru z definovaných lokací Netříděná data Normalizovaná Akumulovaná Export pohybu částeček do *.csv souboru Načítání *.csv souborů pro následnou analýzu CFD-Post MS-Excel Vícefázové proudění (CFX) DPM Doplněk k základnímu vyhodnocení DPM v CFD-Post Možnost dalšího vyhodnocení DPM simulací 33 Doplňující výstupy pro částice použité pro histogramy v CFD-Post (vrchní) nebo MS-Excel (spodní obrázek)

34 Vícefázové proudění (FL) DPM - Numerika Vyšší robustnost pro DPM Průměrování přes uzly Příspěvek z DPM do proudového pole je rozpočítán přes uzly elementu. Zdroj je tak plynule rozložen přes sousedící elementy. Potřebné pro simulace používající DEM Objemový zlomek Standardní průměrování Objemový zlomek Průměrování přes uzly DPM source-term linearization (FL) β Linearizace DPM zdrojového členu pro hybnost, energii a složky proudového pole s pomocí hodnoty dané proměnné (f) na elementu Testy prokázaly vyšší numerickou stabilitu pro stacionární úlohy a možnost větších časových kroků a vyšší hodnoty relaxací pro transientní simulace obsahující DPM /define/models/dpm/interaction/linearized-dpm-source-terms? Yes S S S DPM, f const linf 34

35 Pro DPM přidány fyzikální modely přidaná hmota a sílové působení od gradientu tlaku pro přesnější modelování plyn/kapalina simulací Simulace, kde hustota média se blíží k hustotě částic nebo ji překračuje Bubliny v kapalině Proměnná hustota částic DPM β Všechny typy DPM částic mohou mít proměnnou hustotu Teplotně závislé UDF Vícefázové proudění (FL) DPM Fyzikální modely Závislé na složení/koncentraci Částice mohou současně měnit svůj rozměr a hustotu 35

36 Vícefázové proudění (FL) DPM popisy Shrnutí DPM hodnot přes výpočtovou oblast pomocí hodnot průměrovaných přes elementy Užitečné pro vyhodnocování simulací s DPM Zobrazení průměrných nebo efektivních rychlostí, teploty, jednotlivých složek, průměru a objemového zlomku Vykreslení vektorů průměrné rychlosti Počet částic obsažených v elementu Naznačuje statistickou věrohodnost výsledků Vytvoření ohraničených oblastí pro DPM vzorkování k vyhodnocování dat na zájmové oblasti Snížení množství ukládaných dat během výpočtu Převod osově symetrického zdroje DPM na 3D Např.: spalování, vypařování 36

37 Vícefázové proudění (FL) DPM vstřikování Úhly vstřiku jako transientní profil pro kuželový tvar vstupujícího média Úhel vstřikování jako funkce času nebo úhlu hřídele, definovaný pomocí profilů Kuželové vstřikování pro zjednodušenou geometrii modelu Simulace na výřezu nebo osově symetrickém modelu Nová metoda shlukování (parcel) DEM a sprejů (transientní výpočty) Standardně je jeden shluk vstřikován přes jednu reprezentaci spreje a jeden časový krok Nové metody shlukování: Konstantní průměr nebo hmoty shluku pro DEM Konstantní počet částic ve shluku pro spreje (transientní výpočty) 37

38 Vícefázové proudění (CFX) Podchlazený var Vylepšení pro RPI Wall Boiling Model (podchlazený var) Robustnější výpočet Přidány další nástroje pro kontrolu a přesnější nastavení Definice relaxačních parametrů pro přehřátí na otápěné stěně Shodné relaxační parametry pro jednotlivé mechanismy přestupu tepla na otápěné stěně konvekce, vypařování, quenching Vlastní definování velikosti poměrné plochy pro jednotlivé mechanismy β Uživatelem definovatelné mechanismy přestupu tepla na otápěné stěně β Zaměřeno na chlazení palivových tyčí R14.5 R14.0 Lepší konvergence simulace experimentu prováděného na zkušebním zařízení DEBORA, díky novým relaxačním nástrojům (Courtesy HZDR) 38

39 Vícefázové proudění (CFX) Podchlazený var Přidány korelace pro přenos látky a energie (CFX) β Morelův model pro buzení turbulence od bublin Zachycení příspěvku k více fázové turbulenci od varu na stěně Tomiyamova korelace pro přestup tepla Lepší popis děje pro velké bubliny Ranz Marshall Tomiyama Experiment Zkušební stav TOPFLOW v HZDR. Test, kde vstřikovaná vodní pára do svislé trubky posloužila k nastavení Tomiyama modelu přestupu tepla, který dává lepší výsledky pro radiální rozložení objemového zlomku páry 39

40 Vícefázové proudění (CFX) Podchlazený var Lepší vyhodnocení výsledků Možnost zobrazení jednotlivých typů tepelných toků Přímé vyhodnocení velikosti poměrné plochy pro každý typ přestupu tepla Snadné definování měrného tepelného tok s pomocí CEL výrazů Výsledky Bartolomejova testu na vertikální vyhřávané trubici (vlevo), kde jsou přímo zadány poměrné plochy pro jednotlivé mechanismy přestupu tepla (střed). Výsledky pro jmenovité měrné tepelné toky po výšce otápěné stěny (vpravo) lze pak přímo vykreslit 40

41 Vícefázové proudění (FL) Degassing okrajová podmínka Okrajová podmínka degassing (odplynění) Pro model s volnou hladinou, kdy přes tuto okrajovou podmínku odchází rozptýlená fáze (bubliny), ale pro spojitou fázi (kapalinu) je neprůchozí Vhodné pro modelování barbotážních systémů Odpadá potřeba modelovat část nad volnou hladinou 41

42 Vícefázové proudění (FL) Eulerovský popis proudění Nové silové modely a korelace pro přesnější modelování plyn-kapalina (bubliny) modelů Tahové síly: nové tahové korelace pro modelování nesférického tvaru bublin v částech modelu s nízkým podílem plynné fáze Vztlakové modely: odladěny nové modely pro konkrétní podmínky více fázového proudění Volí se podle typů disperzní fáze (pevná, kapalná, plynná), její velikosti a tvaru Wall Lubrication Force : nový model pro zachycení silového působení odtlačujícího bubliny od stěn v jejich těsné blízkosti Tahové síly: Rozdíl mezi tuhou kuličkou a bublinou přes daný rozsah jejich průměru (> 3mm) 42

43 Vícefázové proudění (FL) Eulerovský popis proudění Nové fyzikální modely pro turbulenci pro simulaci s disperzní fází Turbulent Dispersion Ovlivnění disperzní fáze od turbulentní vírové struktury spojité fáze Možnost volby více modelů Turbulence Interaction Vliv disperzní fáze na více fázové turbulentní pole Nabídka několika nastavení Turbulentní disperse není zahrnuta Ovlivnění od turbulentní disperse 43

44 Vícefázové proudění (FL) Eulerian Wall film Vylepšení pro Eulerian Wall Film Modeling (EWFM) Zrychlení transientního výpočtu pomocí adaptivního časového kroku Vyšší přesnost modelu: Zahrnut vliv povrchového napětí do hybnostních rovnic Náhodné lokace rozstřikovaných částeček separací z kapalinového filmu na stěně jsou přesněji modelované Nové modely: Spojení EWFM s Mixture a Eulerian více fázového proudění, včetně tepelného přenosu Kondenzace a vypařování pro Eulerian Wall Film 3D křídlo s vztlakovými klapkami Návrh odmrazování křídla Predikce trajektorií 44

45 Vícefázové proudění (FL) VOF Superpozice vln Uživatelem definovaný tvar obecného počtu vln a jejich superpozice Fyzikální jevy, kde můžeme pozorovat superpozici vln: Ustálené vlny Rázy nebo skupiny ploch Vzájemné vybuzení nebo rušení Nepravidelné vlny Ustálené vlny: demonstrace vybuzení a rušení vln 45

46 Vícefázové proudění (FL) Více fázové VOF Hodnota povrchového napětí jako funkce obecné proměnné (např. koncentrace složky) pro přesnější modelování Marangoniho konvekce Důležité pro aplikace jako je nanášení, svařování, microfluidic, sušení polovodičových desek, Konstantní povrchové napětí Proměnné povrchové napětí (funkce koncetrace etanolu) Etanol Voda Případová studie: Padající kapka alkoholu do vody 46

47 Vícefázové proudění (FL) VOF se stlačitelnou kapalinou Simulace stlačitelné kapaliny Stlačitelnost kapalin zlepšuje predikci tlaku na počátku výpočtu a podporuje stabilitu a konvergenci výpočtu pro případy s deformující se sítí Použitelný pro jedno- a více- fázové modely Vhodný pro simulace s vysokými tlaky (hydraulika) Pro stlačitelné proudění je možné vyhodnocení rychlosti zvuku ve výsledcích Stlačitelná kapalina (korektní výsledek) Nestlačitelná kapalina (nereálný výsledek) Kostka částečně ponořená do vody Časový krok = 1e-4 s Taitova rce Zobrazení tlaku v 10-tém časovém kroku pro modelový případ demonstrující modelování stlačitelné kapaliny 47

48 Vícefázové proudění (FL) VOF + porézní oblasti Možnost kombinace: VOF + MDM + porézní oblast Částečné ošetření pro zdroje porozity při použití MDM Přesnější modelování pohybu hladiny u porézních oblastech Vylepšená numerika pro VOF + MDM Nastavení unstructured PRESTO pro strukturovanou mřížku zajišťuje lepší stabilitu na nekonformním rozhraní Lepší výsledky pro malé časové kroky Přístupné přes TUI R 14.5 (kombinace VOF + MDM + porézní oblasti) 48

49 Lopatkové stroje 49

50 TBR Methods (CFX) Blade flutter Kmitání lopatek Praktický přístup k zjištění tendence lopatek k rozkmitání (flutter) Zjištění vlastních frekvencí a jejich tvarů v modální analýze Zadání odpovídajícího posunutí na lopatce z modální analýzy pro výpočet proudění Stanovení stability modelu, aerodynamického tlumení vibrující lopatky Cíl: určení, zda bude lopatka kmitat, či ne Zadá se pro celý disk nebo se použije Fourier Transformation Různá vylepšení pro podporu tohoto typu analýzy Podpora v Turbo Mode Načítání profilů Axiální kompresor s definovaným kmitáním lopatek. Výsledná fluktuace tlakového pole na 90% poměrné výšky 50

51 Kmitání lopatek 51 TBR Methods (CFX) Blade flutter Export buzeného tvaru lopatek z modální analýzy v ANSYS Mechanical pomocí nového příkazu (EXPROFILE). Vytvoří se textový soubor (profile) pro CFX. Zobrazení načtených dat v CFX pro jejich kontrolu Okrajová podmínka s předepsaným periodickým posunutím deformující se mřížky Uživatel pouze definuje tvar posunutí, frekvenci, měřítko velikosti a úhlový posun Řešič počítá práci a výkon (přes jednotku plochy) na lopatce pro zjištění velikosti působícího aeroelastického tlumení na zadaný posuv Tutorial #36: Fourier Transformation Method for a Blade Flutter Case Různé vylepšení pro tento typ analýzy Deformace sítě, sledování výpočtu vyhodnocování, Zobrazení načtených profilů pro kontrolu pozice, velikosti, směru orientace

52 TBR Methods (CFX) Možnosti, CFD-Post Rozšíření možností výpočtů s TBR Time Transformation s mokrou párou Fourier Transformation v jednostupňové Rotor/Stator analýze β Zpracování výsledků s TBR Transientní statistika RMS, aritmetický průměr, směrodatná odchylka Lepší výběr časových kroků Upravené TBR expansion macro β Větší rozsah zobrazovaných proměnných Plná mřížka a objektová reprezentace Kvantitativní analýza expandovaných dat, včetně Expressions a User variables Vykreslení proměnné expanzí přes několik pasáží Zobrazení kmitání profilů je možné jak během výpočtu (kontrola konvergence výpočtu), tak při vyhodnocování (reporty) 52

53 Porovnání jednotlivých návrhů lopatek Zachovat již existujícího návrh a následně ho použít při dalších návrzích Porovnání jednotlivých návrhů v: 3D zobrazení Meridiánový řez Pohledy pro úhly a tloušťku Pohledy Blade-to-blade Podpora pro Linux BladeModeler Návrh lopatek Možnost provádět parametrické výpočty v dávce na Linuxovském clusteru Definování Theta s LE/TE beta Vylepšená kontrola tvaru střednice: vazba LE/TE úhlů, wrap úhlu Možnost zadat úhly lopatek na LE/TE parametricky Parametrizace úlohy, optimalizace tvaru lopatky Aktuální návrh Srovnání 53

54 BladeModeler SectorCut Nástroj Sector Cut β Automatické generace výřezu disku oběžného kola s cyklickou symetrií Uživatel definuje tvar disku kola a základní parametry pro lopatku Provede se vytvoření FlowPath a lopatky Určí se StageFluidZone pro proudovou oblast Následně se definuje SectorCut, který ořeže disk přes roviny cyklické symetrie podle StageFluidZone Lze volit různé typy ořezání disku: Axiální Radiální Kombinované 54

55 Vista CPD Vista CPD (Centrifugal Pump Design) CPD přidáno přímo do rozhraní projektu v ANSYS Workbench Možnost použít CPD přímo k definování: Geometrie lopatek 2D proudové analýzy ( Throughflow ) Geometrii pro volutu a vytvoření mřížky na ni 55

56 Lopatkové stroje Workbench Nový Throughflow (Analysis Systems) v ANSYS Workbench Kombinace geometrie a Vista TF Simulace je možné vytvářet přímo z Vista návrhových modulů Vista RTD/CCD/CPD Snadné ohodnocení, analyzování a optimalizace návrhové geometrie s pomocí 2D analýzy Turbomachinery Fluid Flow System pro radiální kompresory β Automatické vytvoření stavu ve Vista CCD a převedení všech informací do 3D analýzy např. nastavení okrajových podmínek pro určený návrhový stav Všechny kroky v jednom: Geometrie TurboGrid Setup Výpočet Zpracování výsledků 56

57 Fluid Structure Interaction 57

58 Multiphysics in Workbench CFD ELMG Fluid Electromagnetics coupling Jedno- a obou- směrná vazba mezi ANSYS FLUENT a Maxwell nebo HFSS Externí plochy a objemy Paralelní výpočty Fluent: časově ustálená teplota Maxwell FLUENT 1-way 2-way Steady Steady Yes Yes Steady Transient Yes Yes Transient Steady Yes b Transient Transient b b Maxwell: časově průměrované ztráty 58

59 Multiphysics in Workbench 1-way FSI 1-way (pouze) teplotní FSI mezi FLUENTem a Mechanical přes Systems Coupling, s využitím modulu External Data Do modulu External Data lze načítat tepelný tok, teplotu, teplotu u stěny (near wall temp.) a součinitel přestupu tepla v AXDT formátu z ANSYS Mechanical ANSYS CFD-Post Jiných řešič;, tabulkových editorů,.. Podpora změn ve FLUENTu zaslaných z System Coupling přes definované stěny Podpora změn v CFD-Post pro export do External Data 59

60 2-way FSI (FL) Stabilita výpočtu Nový stabilizační parametr výpočtu pro 2-way FSI s pomocí Systém Coupling Volume-based a Coefficientbased stabilizační parametry pro zdrojové členy na definovaných hranicích Možnost postupně zadávat zatížení během časového kroku Dostupné pro všechny předávané veličiny Možný lineární nárůst hodnot z první iterace po minimální počet iterací Užitečné pro statický přenos dat a souběžné statické výpočty. Jednotlivá zatížení se zvedají postupně. Vhodné pro stabilitu výpočtu. 60

61 2-way FSI (FL) Dynamic Mesh Použití Coupled solver pro Laplace diffusion smoothing Nový základní řešič pro deformující se části Zvýšení robustnosti pro všechny typy deformující se sítě Lze použít rpvar přepínač pro použití segregovaného řešiče Deformace mřížky přes 6-DOF může být nyní definovaná ve stejném modelu se System Coupling Deformace přes jednotlivé jmenované způsoby mohou být zadány společně v jednom modelu, ale ne při rozdílných okrajových podmínkách Využití pro 2-wat FSI s 6-DOF pohybem Transientní odezva elastické přepážky jako důsledek vírových struktur v proudovém poli. 61

62 2-way FSI (FL) GUI System Coupling Grafické zobrazení konvergence jak ve Windows, tak v Linuxu Nové monitorovací grafy pro Fluent residuals, Mechanical results trackers, a MAPDL NLHIST data. Načítání MAPDL výstupního souboru pro komponenty (*.cm) do CFD-Post Možnost načítat Named Selection a lokace okrajových podmínek z Mechanical do CFD-Post Snadnější zpracování výsledků ze strukturální analýzy do CFD-Post pro FSI výpočty 62

63 DesignXplorer 63

64 DesignXplorer 14.5 Optimalizace Metody přímé optimalizace Použití existujících optimalizačních metod jako přímých Sampling, NLPQL a MOGA Přidány nové metody adaptivní optimalizace Adaptive Single Objective (K-NLPQL) Adaptive Multiple Objective (K-MOGA) Nový MISQP (Mixed Integer) algoritmus Vhodný pro diskrétní parametry Výchozí RS založena na vzorkové optimalizaci s hledáním minima a maxima pro každou proměnnou 64

65 DesignXplorer 14.5 Ovládání Diagram historie Pro vstupy a objekty ( objective ) Rozšíření pro: Optimalizační vlastnosti Definování vazeb ( constraint ) Přidání, mazání, editace kandidátů Vylepšení tabulky kandidátů Přepracovaný způsob použití objektů jako vstupů Rozdělení objektů a vazeb Výsledky při přerušení Přístup k odhadům ( raw optimization data ) Naznačení historie jednotlivých proměnných 65

66 DesignXplorer 14.5 Další vylepšení LHS OSF Návrhové body ( Design Points - DP ) Vylepšené obnovení při aktualizaci DX Automatické opakování při nevyhovění DP Design of Experiments Latin Hypercube Sampling (LHS) Výchozí hodnoty pro kontrolu náhodného rozložení Miscellaneous Tabulka hrubých dat (odhadů) Držení jednotlivých pojmenování při zajemňování mřížky Barevné odlišení dat podle jejich zdroje nebo typu 66

67 Workbench IC Engine System 67

68 Workbench IC Engine System Uživatelské prostředí Zmenšení času potřebného pro vytvoření simulace chladného proudění ( cold-flow ) nebo proudění přes ventil ( port-flow ), z hodin na minuty Automatizovaná příprava geometrie a mřížky pro čtyřventilové motory Automatické nastavení fyziky a numeriky pro simulace typu cold-flow a port-flow na základě doporučení vývoje software Včetně pohybu mřížky Automatické vytváření reportů Uživatelem definovatelné části pro další fyziku (vstřikování, spalování,..) Podpora pro Windows i Linux 68

69 Workbench IC Engine System Port-flow simulace Podpora Port-flow výpočtů Automatická příprava geometrie pro tento typ analýzy Automatická generace sítě Cutcell a hybridní mřížka s prismatickými elementy Automatické přednastavení řešiče Specializovaná generace zpráv Automatické vytváření řezů pro jednotlivé typy zavíření (swirl, tumble) a jejich výpočet v závislosti na crank angle Obrázky jsou řazeny do tabulek Automatické obrázky proměnných Zobrazení jednotlivých Design points a porovnání obrázků mezi různými Design points 69