Занимаясь разработкой нового CFD-продукта, компания ANSYS не менее активно работает над совершенствованием уже имеющихся программных средств. Основные направления разработки остались прежними: расширение набора физических моделей, повышение устойчивости численных методов, углубление связей расчетных модулей для междисциплинарного анализа, а также интеграция всех программных модулей в среде Workbench. Кроме того, разработчики стремятся сделать сложное программное обеспечение удобным инструментом в руках инженера, делая пользовательский интерфейс более «дружелюбным», а процесс работы – максимально автоматизированным. Рассмотрим наиболее интересные нововведения для отдельных программных модулей, таких как ANSYS Fluent, ANSYS CFX и ANSYS ICEM CFD…
ANSYS Fluent
Прежде всего, не перестают расширяться возможности физических моделей. В частности, появился новый подход к моделированию пристеночной области для всех разновидностей k-?-моделей турбулентности, являющихся наиболее простыми и универсальными с точки зрения инженерных расчетов. Данный подход по сравнению с предыдущим (Enhanced Wall Treatment) позволяет получать более точные решения при меньшей сеточной чувствительности. Кроме того, все k-? модели теперь имеют возможность более полного учета влияния естественной конвекции (источники в уравнениях переноса как k, так и ?), а также могут использоваться с масштабно-адаптивным подходом (SAS).
Не остались без внимания и модели горения. Таблица плотности вероятности теперь работает с интерполяцией второго порядка и автоматически адаптируется под изменение значения функции или ее производной. Следует упомянуть и о новой модели микроламинарного пламени (Flamelet) для гомогенного горения.
Значительному количеству изменений подверглись эйлеровы и лагранжевы модели многофазных течений. В качестве наиболее значимых нововведений следует отметить следующие:
- Возможность распределения источника от дискретной фазы по нескольким соседним ячейкам сетки (в качестве полноценного метода в результате бета-тестирования). Такой подход значительно повышает устойчивость решения в расчетах горения твердого или жидкого топлива (рис. 1).
- Возможность получения усредненных параметров дискретной фазы на эйлеровой сетке расширяет возможности постобработки.
- Возможность задания переменного во времени угла распыла для конического впрыска весьма полезна при моделировании процессов в цилиндрах ДВС.
- Эйлерова модель поверхностной пленки (EWF) стала совместимой с эйлеровыми многофазными моделями, а также моделью смеси. Кроме того, модель стала более полной с физической точки зрения: в уравнениях движения учитывается поверхностное натяжение, точки ввода дисперсной фазы (унос капель) распределяются по поверхности случайным образом, появилась возможность учесть испарение и конденсацию на поверхности пленки. Эти доработки, в частности, значительно расширили возможности моделирования противообледенительных систем летательных аппаратов.
- Модель объема жидкости (VOF) в обновленной версии имеет новый тип граничных условий для упрощения моделирования течений со свободной поверхностью в открытых каналах (что особенно важно для расчетов в области судостроения и прибрежных сооружений), а также допускает зависимость коэффициента поверхностного натяжения от различных переменных (что позволяет, например, моделировать эффект Марангони). Помимо этого, решены проблемы использования модели с движущимися и деформирующимися сетками, а также пористыми структурами.
Рис. 1. Распределение объемной доли компонента: стандартное (слева) и поузловое (справа) усреднение.
Отдельный интерес представляет новая модель сжимаемой жидкости, которая позволяет получать более точное распределение давления на начальных шагах, а также делает решение более устойчивым при движении и деформации сетки. Модель применима как для однофазных, так и для многофазных течений.
Среди заметных изменений в применяемых численных методах можно перечислить следующие:
- Неотражающие граничные условия теперь работают с решателем по давлению.
- Периодические граничные условия с заданным массовым расходом работают с сопряженным решателем по давлению.
- Возможность вычисления градиентов по узлам для полиэдрических ячеек, а также повышенная точность вычисления градиентов указанным методом на неконформных интерфейсах.
- Второй порядок точности во времени при движении и деформации сетки.
Новая версия ANSYS Fluent допускает управление через удаленную консоль, а также отображение графиков изменения невязок внутри интерфейса Workbench (рис. 2). В качестве приятной мелочи стоит отметить появление возможности использования «мониторов» (графиков изменения интересующих показателей по ходу итераций) в качестве критериев сходимости.
Рис. 2. Отображение невязок в интерфейсе Workbench.
Еще одним очень важным дополнением является интеграция в интерфейс ANSYS Fluent сеточного генератора T-Grid, который также подвергся значительной доработке. Рассмотрение его возможностей заслуживает отдельной статьи, поэтому не входит данный обзор.
ANSYS CFX
Говоря об обновлении ANSYS CFX, стоит прежде всего сказать об улучшениях, касающихся новых подходов к расчету проточной части турбомашин, именуемых методами нестационарного лопаточного венца (Transient Blade Row). Данная группа методов появилась совсем недавно, однако очень быстро приобретает популярность среди предприятий турбомашиностроительной отрасли, поскольку дает возможность получения точного нестационарного решения при минимальном количестве моделируемых межлопаточных каналов.
TBR-методы на данный момент имеют некоторые ограничения, однако количество этих ограничений уменьшается с каждым обновлением, более того, появляются дополнительные возможности. В частности, в обновленной версии появилась новая методика моделирования флаттера лопатки с граничным условием для периодического движения сетки. Помимо этого, расширены возможности работы с результатами расчета: доработан соответствующий макрос, и реализована возможность статистической обработки нестационарных результатов. Метод преобразования времени теперь совместим с моделью влажного пара, что расширяет его применимость для расчета паровых турбин.
Среди прочих улучшений – доработка алгоритмов движения сетки, модели кипения, разработанной в политехническом институте Ренсселера (RPI), а также возможность записи в отдельный .csv-файл данных по траекториям частиц лагранжевой фазы.
ANSYS ICEM CFD
Наиболее важным и долгожданным нововведением в ICEM CFD является его интеграция в среду Workbench с возможностью управления при помощи входных параметров. Значительную часть параметров можно задать через интерфейс одним щелчком мыши, кроме того, можно вручную назначить параметром любое числовое значение в тексте скрипта, просто заменив его командой «ic_wb2_get_parameter user_defined <имя параметра>». Имеется также возможность выдачи выходных параметров для контроля качества сетки (например, минимального значения показателя «Quality» для определенного типа элементов). Интеграция в среду Workbench, в частности, открывает возможность проведения оптимизационного расчета при помощи DesignXplorer с автоматическим перестроением сетки в ICEM CFD. В новой версии ICEM CFD работает в среде Workbench аналогично остальным приложениям, и связи с соответствующей ячейкой определяются автоматически (рис. 3).
Рис. 3. Интеграция ICEM CFD в схеме проекта Workbench.
По материалам сайта cae-expert.ru
