Představení

Ansys FreeFlow je univerzální software založený na metodě SPH – Smoothed-Particle Hydrodynamics, který se používá k simulaci jednofázového proudění s volnou hladinou. Nabízí dva různé přístupy solveru: implicitní nestlačitelný a slabě stlačitelný. FreeFlow poskytuje moderní, uživatelsky přívětivé rozhraní, které zefektivňuje celý SPH proces od přípravy geometrie až po vyhodnocení výsledků v rámci jednoho pracovního okna. Jeho výkonný solver běžící na GPU navíc efektivně zvládá rozsáhlé simulace obsahující miliony SPH elementů.

Co je SPH?

SPH je bezsítová lagrangeovská metoda pro simulaci proudění tekutin a dalších fyzikálních jevů. Tekutinu reprezentuje jako soubor částic a využívá vyhlazovací jádro k interpolaci vlastností mezi sousedními prvky. To jí umožňuje modelovat komplexní chování tekutin.

Základní specifikace

Ansys FreeFlow nabízí ucelenou platformu pro simulaci jednofázového proudění s volnou hladinou.

• Jednofázový SPH řešič
• Modelování povrchového napětí
• Termální řešič pro přestup tepla
• Propojení s Ansys Motion
• Propojení s Ansys EnSight
• Propojení s Ansys Fluent
• Skriptování pro přípravu a vyhodnocení
• Multi-GPU řešič

Klíčové vlastnosti Ansys FreeFlow

Jednodušší simulace volné hladiny 

Software je navržen pro simulaci dynamických jevů, jako jsou stříkající kapaliny, sloshing nebo zaplavování. Tyto scénáře představují pro klasické CFD často významnou výzvu. 

Rychlejší výpočty

FreeFlow využívá výkon moderní GPU akcelerace a podporuje výpočty na více grafických kartách současně. Díky tomu lze efektivně řešit modely obsahující miliony částic a výrazně zkrátit dobu výpočtu. 

Moderní uživatelské prostředí

Jednotné pracovní prostředí spojuje přípravu modelu, výpočet i analýzu výsledků do jednoho workflow. To usnadňuje práci zkušeným CFD specialistům i uživatelům, kteří se se SPH metodou teprve seznamují. 

Integrace do prostředí Ansys

FreeFlow je součástí portfolia Ansys Fluids a spolupracuje s nástroji jako Ansys Mechanical nebo Ansys Motion. Umožňuje vytvářet komplexní multidyzikální workflow bez nutnosti přecházet mezi různými platformami. 

Termální analýza přestupu tepla

FreeFlow obsahuje thermal solver pro simulace přenosu tepla v proudících kapalinách. To umožňuje analyzovat aplikace, kde je proudění úzce spojené s tepelným managementem, například chlazení elektrických motorů nebo dalších komponent vystavených tepelnému zatížení. 

Pro konstrukční a vývojové týmy je to důležité zejména ve fázi návrhu chladicích systémů. Simulace pomáhá vyhodnotit, jak kapalina odvádí teplo, kde mohou vznikat kritická místa a jak změny geometrie nebo provozních podmínek ovlivní výsledné chování systému. 

Interakce kapaliny s pevnými objekty

FreeFlow lze využít v propojení s dalšími nástroji Ansys, například Ansys Mechanical a Ansys Motion. Díky tomu je možné analyzovat scénáře, kde kapalina nepůsobí izolovaně, ale ovlivňuje konstrukci, pohyblivé části nebo celý mechanický systém. 

Typickým příkladem může být kapalina v nádrži, proudění v blízkosti pohyblivých komponent nebo zatížení konstrukce způsobené nárazem kapaliny. Tato integrace pomáhá převést samostatnou CFD simulaci do širší multiphysics analýzy a lépe pochopit chování celého produktu. 

Hlavní oblasti využití

Ansys FreeFlow je určen pro simulace, kde je klíčové dynamické chování kapaliny s volnou hladinou. Největší přínos přináší v situacích, kde se proudění výrazně deformuje, kapalina se rozstřikuje, naráží do konstrukce nebo interaguje s pohyblivými částmi systému. 
Díky mesh-free SPH metodě pomáhá řešit úlohy, které jsou v klasickém mesh-based CFD náročné na přípravu modelu, stabilitu výpočtu nebo výpočetní čas.

Sloshing v nádržích

Kapalina v nádrži se při pohybu vozidla, stroje nebo zařízení nechová staticky. Může docházet k výraznému šplouchání, nárazům kapaliny do stěn nádrže a změnám zatížení konstrukce. Tyto jevy jsou důležité například u palivových, hydraulických nebo provozních nádrží.

Mazání předvodovek a chlazení systémů

U elektrických pohonů a převodových ústrojí je efektivní tepelný management zásadní pro výkon, životnost i provozní spolehlivost. Chladicí kapalina musí odvádět teplo z kritických oblastí a zároveň správně proudit i v komplexní geometrii pohonné jednotky. 
FreeFlow obsahuje thermal solver, který umožňuje simulovat přenos tepla v proudících kapalinách. Díky tomu mohou vývojové týmy analyzovat, jak proudění kapaliny ovlivňuje chlazení elektrických motorů, ozubených kol nebo souvisejících komponent. Simulace pomáhá odhalit problematická místa návrhu a podporuje optimalizaci chladicích systémů ještě před výrobou prototypu.

Filling, pouring a průmyslové procesy s volnou hladinou

V obecné průmyslové výrobě se často řeší procesy plnění, přelévání, dávkování nebo pohyb kapaliny v nádobách a mechanických sestavách. Tyto úlohy mohou být obtížné zejména tam, kde kapalina mění tvar, vytváří volnou hladinu nebo naráží do členité geometrie. FreeFlow poskytuje vhodný simulační přístup pro analýzu těchto scénářů pomocí SPH metody. Uživatel může sledovat chování kapaliny v čase, identifikovat rizika přetečení, nerovnoměrného plnění nebo nežádoucího kontaktu s konstrukcí. Výsledky pomáhají optimalizovat procesy i návrh zařízení.