Program ANSYS FLUENT pro simulace proudění
ANSYS FLUENT je program obsahující fyzikální modely postihující široké možnosti potřebné k modelování proudění, turbulence, přenosu tepla a reakcí pro průmyslové aplikace. Ty sahají od proudění vzduchu kolem leteckých profilů po spalování v pecích, od modelování probublávání po ropné plošiny, od toku krve po výrobu polovodičů a od návrhu ventilace místností po úpravu a čištění vody. Speciální modely, které dávají softwaru možnosti modelovat multifyzikální úlohy, umožňuje rozšíření působnosti tohoto programu.
Tisíce společností po celém světě v dnešní době profitují díky užívání produktu ANSYS FLUENT, který je využíván jako integrální součást designu a optimalizační fáze vývoje produktu. Rozšířená technologie řešiče poskytuje rychlé a přesné CFD výsledky, flexibilní pohyb a deformace sítě a současně vyšší paralelní škálovatelnost. Uživatelem definované funkce umožňují implementaci nových uživatelských modelů a jejich značnou úpravu dle požadavků uživatele. Interaktivní řešič, nastavení výpočtu a integrované vyhodnocování výsledků umožňuje v programu ANSYS FLUENT kdykoli pozastavit výpočet, prohlédnout si výsledky, upravit nastavení a poté pokračovat ve výpočtu v jednom spuštění programu. Datové soubory mohou být také načteny do programu ANSYS CFD-Post pro další analýzy s pokročilými nástroji post-procesingu a výsledky detailně porovnávány s rozdílnými simulacemi vedle sebe.
Integrace programu ANSYS FLUENT do prostředí ANSYS Workbench poskytuje uživatelům obousměrné propojení pro všechny běžně používané CAD systémy, efektivní modifikaci či tvorbu geometrie v programu ANSYS DesignModeler a pokročilé techniky síťování v programu ANSYS Meshing. Tyto nástroje dovolují uživatelsky zjednodušený přenos dat a sdílení výsledků mezi aplikacemi (např. použití výsledků z proudění tekutin jako okrajové podmínky pro strukturální mechanické simulace – FEA). Kombinace všech těchto výhod s rozsáhlými možnostmi fyzikálního modelování, rychlostí a přesností CFD výsledků, které program ANSYS FLUENT nabízí, dává v dnešní době jeden z nejvíce obsáhlých programových balíků pro modelování proudění na světě.
ANSYS FLUENT - vlastnosti
Síťování, numerika & paralelní zpracování
Dynamické a pohybující se sítě
Turbulence a akustika
Přenos tepla, fázové směny a radiace
Reakce proudu
Vícefázové proudění
Zpracování výsledků a export dat
Uživatelské nástroje
Síťování, numerika & paralelní zpracování
Program ANSYS FLUENT využívá technologie nestrukturované sítě. Síť může být vytvořena z elementů ve tvaru čtyřstěnů a trojúhelníků v případě 2D simulací, šestistěnů, čtyřstěnů, mnohostěnů, prizmatických a pyramidových buněk pro 3D simulace. Propracovaná numerika programu zajišťuje přesné výsledky na jakékoli kombinaci nestrukturované sítě včetně sítí obsahující visící uzly (hanging nodes) a nekonformními rozhraními dvou (non-matching mesh interfaces). Řešiče ANSYS FLUENT běží robustně a efektivně se všemi fyzikálními modely a typy proudění – stacionární i nestacionární, nestlačitelné i hypersonické. Pokročilá schopnost paralelního běhu výpočtu může být využita téměř na jakékoli platformě, Windows, Linux i Unix. Běh je umožněn na vícejádrových a víceprocesorových strojích nebo na počítačových klastrech. Využití plně 64bitové technologie umožňuje paralelní výpočet programem ANSYS FLUENT i na síti s více než miliardou výpočetních buněk. Pokročilé dynamické rozdělení výkonu automaticky redistribuuje výpočet na jednotlivé procesory pro dosažení nejvyšší účinnosti. Není důležité kolik procesorů/jader je využito pro paralelní běh, zda 2 nebo 1 024 nebo dokonce i více, při přidání dalších procesorů do výpočtu program ANSYS FLUENT vždy umožňuje další zrychlení.
Dynamické a pohybující se sítě
Možnost využití dynamických sítí v programu ANSYS FLUENT vyhovuje potřebám náročných aplikací jako je simulace prudění a spalování ve válcích motoru nebo při uvolňování rakety z letadla. Lze použito několik různých schémat pro změnu sítě během výpočtu, včetně vrstvení, vyhlazování a přesíťování, při simulaci různých pohyblivých částí v jednom výpočtu. Před zahájením výpočtu je potřeba vytvořit pouze počáteční síť a definovat pohyb pohyblivých částí. Pro aplikace s nenuceným pohybem je možné využít zabudovaný řešič se šesti stupni volnosti, který lze využít např. při simulaci vypouštění střel z letadel, dynamiky pohybu lodě na vlnách, pohybu balistické střely ze sila nebo naplňování nádrží. Dynamické síťování je možné využít společně s mnohými dalšími modely programu ANSYS FLUENT jako je simulace nástřiku a rozprašování sprejů, modelů pro simulaci spalování a vícefázových modelů včetně těch pro simulaci toku s rozhraním mezi dvěma fázemi (i volné hladiny) a stlačitelného proudění.
ANSYS FLUENT poskytuje modely pro klouzající sítě (sliding mesh) a vícenásobné referenční rámce (multiple reference frames), které mají tradiční využití při simulacích nádob s míchadly, pump a turbostrojů.
Turbulence a akustika
Program ANSYS FLUENT nabízí jedinečnou šíři modelů turbulence, jako jsou různé verze časově středovaných k-epsilon modelů, modely k-omega a modely s řešením Reynoldsových napětí (RSM). Současný pokrok v modelování turbulence vede k implementaci dalších modelů jako je turbulentní přechodový model, který je významný pro detailní modelování přechodu od laminárního k turbulentnímu proudění vyskytující se v blízkosti stěn nebo turbulentní model simulace s adaptivním měřítkem SAS (beta funkce), který poskytuje stacionární řešení v ustálené oblasti proudu, zatímco řešení turbulence v přechodových nestabilitách (silná separace) je bez explicitní sítě a také závislosti na časovém kroku. Zvyšování rychlosti počítačů spojené se snížením náročnosti výpočetních algoritmů umožňuje využití turbulentního modelu simulace velkých vírů (LES) a jeho ekonomičtější varianty simulace oddělených vírů (DES), které se v dnešní době stávají atraktivní volbou i pro průmyslové simulace. Pro simulace akustiky může program ANSYS FLUENT vypočítat výsledný hluk vzniklý nestacionární tlakovou fluktuací několika cestami.
Záznam nestacionárního průběhu tlaku na stěnách při výpočtu LES modelu může být konvertován na frekvenční spektrum s použitím nástroje rychlé Fourierové transformace (FFT). Lze využít Ffowcs-Williams & Hawkings akustické analogie k modelování šíření akustických zdrojů pro různé objekty. Modely širokopásmového zdroje hluku dovolují, aby zdroj zvuku byl předpokládán na základě výsledků stacionární simulace.
Přenos tepla, fázové směny a radiace
Přenos tepla se vyskytuje v mnoha aplikacích proudění tekutin. Program ANSYS FLUENT nabízí řadu modelů pro nastavení přenosu tepla konvekcí, kondukcí a radiací. Je k dispozici P1 a Rosselandův model pro opticky tlustá média a S2S model používající faktoru osálání. Model diskrétních prostorových úhlů (DOM) je možné využít pro jakákoli média, včetně skla. Dále lze použít solární model pro simulace řízení klimatizací interiérů a dva různé modely pro simulace výměníků tepla. Ostatní možnosti úzce spjaté s přenosem tepla, které mohou být v programu modelovány, jsou simulace kavitace, stlačitelných kapalin, vedení tepla tenkou stěnou, reálné plyny a mokré páry.
Reakce proudu
Modelování chemických reakcí, speciálně v turbulentních podmínkách, je doménou programu ANSYS FLUENT již od jeho počátků. ANSYS FLUENT využívá nejmodernějších modely, jako je koncept vírových disipací, PDF model a stiff modely konečné rychlosti chemické kinetiky, dále pak flamelet model a modely pro spalování předmíchaných směsí.
ISAT (In-Situ Adaptive Tabulation) může být použit společně s ostatními EDC nebo PDF transportními modely pro zrychlení výpočtu kinetických modelů se zahrnutím vlivu turbulence. Standardní modely spalování umožňují široké simulační možnosti pro spalování planných, kapalných a pevných paliv. Speciální modely pro předpověď formování a zánik SOx a NOx jsou také dostupné. Je také možné simulovat chemické nanášení vrstev reagováním plynných proudících složek se složkami vázanými v materiálu stěny. ANSYS FLUENT reakční modely mohou tedy být použity ve spojení s modelem reálného plynu a LES a DES modelem turbulence.
Vícefázové proudění
Program ANSYS FLUENT je lídr v oblasti modelování vícefázového proudění. Široká paleta modelů umožňuje inženýrům proniknout a pochopit detaily o proudění uvnitř zařízení, které je obtížné jiným způsobem zjistit. ANSYS FLUENT nabízí plný Eulerův vícefázový model s řešením transportních rovnic pro každou fázi, ale i jednodušší a ekonomičtější přístup s řešením rovnic pro směs fází. Oba modely lze použít pro simulaci s chováním částic v proudu tekutiny. ANSYS FLUENT také obsahuje několik další modelů pro simulace vícefázového proudění. Lze využít model pro simulaci diskrétní fáze (DPM) pro sušení rozprašováním, vstřikování tekutého paliva, tažení dlouhého vlákna a návrhy uhelných pecí. VOF model je vhodné použít pro simulace s volnou hladinou jako vlny oceánu, kde je důležitá poloha rozhraní dvou tekutin. Ověřený kavitační model je určen pro robustní modelování křídlových lodí, pump a vstřikovačů paliva. Několik Population Balance modelů (PBM) je možné využít při simulacích distribuce velikostí sekundární fáze.
Zpracování výsledků a export dat
Nástroje pro zpracování výsledků v programu ANSYS FLUENT jsou používány pro tvorbu grafických výstupů, animací a automatických reportů, které umožňují snadný výstup vypočtených výsledků z CFD programu. Stínované a průhledné plochy, proudnice, vektory, kontury, uživatelsky definované proměnné a tvorba scény, to je jen několik výstupů, které jsou k dispozici. Vypočtená data mohou být načtena do unikátního programu ANSYS CFD-Post, dalších sw a/nebo do dalších CAE programů pro další analýzy. Výsledky z programu ANSYS FLUENT mohou být načteny do FEA programů ANSYS jako teplotní nebo tlakové zatížení. Bez využití prostředí ANSYS Workbench je program schopen exportu strukturálních a teplotních zatížení a teploty v objemu do ostatních FEA programů.
Uživatelské nástroje
Uživatelem definované funkce (UDF) jsou uživatelsky velmi populární možností umožňující upravovat nebo doplňovat program ANSYS FLUENT. K dispozici je komplexní dokumentace a několik výukových materiálů, dále také profesionální technická pomoc. Globální síť konzultantů společnosti ANSYS může poskytnout nebo pomoci vytvořit šablony pro opakující se nastavení analýz. K dispozici jsou další přídavné moduly pro specializované aplikace např. pro simulaci palivových článků a magnetohydrodynamiky.
