Як і багато років раніше, сьогодні ANSYS займає лідируючі позиції в CFD розрахунках. Новий реліз ANSYS 17.0 заявлений на початок 2016 року. Якими новинками в цей раз порадують нас розробники ANSYS? Про нововведення більш детально.
Підвищення обчислювальної ефективності
Високопродуктивні обчислення (HPC)
У новій версії ANSYS 17.0 Fluent показав відмінну масштабованість на 129 024 ядрах (мал.1). Для тестування використовувалася модель камери згоряння, що складається з 830 млн. Осередків і включає рівняння руху, енергії і перенесення компонентів.
Рисунок 1 – Модель камеры сгорания в новой версии ANSYS 17.0 Fluent
Крім того, у Fluent 17.0 був значно поліпшений алгоритм METIS для декомпозиції великих розрахункових моделей. Наприклад, для даної моделі вантажівки, що складається з 134 млн. Осередків (мал.2), час декомпозиції області при використанні 512 ядер було знижено з 35 хвилин до 15 секунд. Навіть при використанні 4096 ядер декомпозиція зайняла менше однієї хвилини.
Малюнок 2 – Декомпозиція великих розрахункових моделей у Fluent 17.0
До числа поліпшень в області високопродуктивних обчислень можна віднести появу нової опції Model-Weighted-Partitioning, яка дозволяє здійснити рівномірне завантаження ядер кластера при вирішенні завдань горіння, теплового випромінювання, розпилу частинок і ін.
Якщо розглядати CFX, то тут основні улчучшенія в області високопродуктивних обчислень спостерігаються при моделюванні лопаток машин із застосуванням моделі TRS (transient rotor-stator). На відміну від попередніх версій, в ANSYS CFX 17.0 вдалося подолати бар’єр масштабованості при розпаралелювання задачі більш ніж на 512 ядер. Варто відмітити, що завдання продовжують досить добре распараллелівать і при використанні 1024 ядер (мал. 3), знижуючи загальний час розрахунку на 20% в порівнянні з 16-ою версією ANSYS CFX.
Малюнок 3 – Нестаціонарний розрахунок гідротурбіни в ANSYS CFX 17.0
Також в ANSYS CFX значно знизилося загальний час читання і запису файлів в разі моделювання задач великої розмірності з великою кількістю інтерфейсів (мал. 4).
Малюнок 4 – Збільшення швидкості зчитування файлів в ANSYS CFX
Джерельні складові в CFX
Значно знизилося час моделювання задач в яких використовується більша кількість точкових джерел (Source Point). В якості тестової задачі виступила модель охолоджувальної лопатки турбіни з великою кількістю охолоджуючих отворів, заданих у вигляді точкових джерел (мал. 5).
Малюнок 5 – Розрахунок лопатки турбіни з з великою кількістю охолоджуючих отворів
Модель випромінювання Монте-Карло в CFX
У новій версії CFX був оптимізований алгоритм розпаралелювання при використанні методу Монте-Карло. Наприклад, при розпаралелювання задачі на 60 ядер з використанням даної моделі випромінювання (мал. 6) вдалося домогтися практично лінійного росту продуктивності.
Малюнок 6 – Метод розпаралелювання Монте-Карло
Поліпшення збіжності у Fluent
Тепер метод Conservative Coarsening буде використовуватися за замовчуванням при підключенні сполученого решателя по тиску (pressure-based coupled solver) для поліпшення збіжності завдання (мал.7). Ефект цього буде особливо помітний на поліедріческіх сітках і сітках з сильно витягнутими осередками.
Малюнок 7 – Поліпшення збіжності у Fluent
Покращення для зручності користування
Оновлення графічного інтерфейсу Fluent
Ще одне приємне нововведення відноситься до зміни графічного інтерфейсу Fluent (мал. 8). Цього разу розробники ANSYS вирішили повністю відмовитися від звичного всім головного меню з списком, що випадає і замінити його на панель інструментів, що робить роботу в ANSYS Fluent 17.0 простіший, швидкої і зрозумілою.
Малюнок 8 – Оновлення графічного інтерфейсу ANSYS Fluent 17.0
CFD-Post
В ANSYS R17 з’явилася можливість збереження полів змінних для обраних поверхонь всередині розрахункової області. Це нововведення дозволяє, зокрема, значно скоротити обсяг даних, що в нестаціонарних розрахунках. Слід зазначити, що призначена для користувача поверхня може бути довільно орієнтована щодо гратчастої моделі (мал..9).
Крім того, CFD-Post тепер дозволяє завантажувати поверхні в форматі STL. Це дозволяє, наприклад, візуалізувати виключену з розрахунку твердотельную частина конструкції.
Малюнок 9 – CFD-Post обробка даних
Завдання руху кордону у Fluent
В ANSYS Fluent 17.0 з’явилася можливість задати закон руху межі за допомогою профілю (поступальний або обертальний рух) без використання користувальницької функції (UDF) (мал.10).
Малюнок 10 – Завдання руху кордону в ANSYS Fluent 17.0
Деякі зміни торкнулися і 6DOF. Наприклад, тепер можна задати рух абсолютно твердого тіла (Rigid Body) і сітки в системі координат рухомої зони, що спрощує обчислення координат при написанні UDF (мал.11).
Малюнок 11 – Завдання руху абсолютно твердого тіла і сітки
Новий метод перекриваються сіток (Overset Mesh)
У Fluent 17.0 з’явилася нова перспективна технологія, яка отримала назву Overset Mesh. Дана технологія може використовуватися в тому випадку, якщо стандартний метод перестроювання сітки не здатний впоратися з сильними деформаціями зони, які можуть привести до появи сильно перекошених / витягнутих або вироджених осередків. Даний метод призначений в першу чергу для моделювання шестерних (мал.12) і героторних насосів.
Малюнок 12 – Новий метод перекриваються сіток у Fluent 17.0
Нововведення в розрахунках турбомашин
У числі найбільш цікавих нововведень, що стосуються розрахунку лопаткових машин, можна виділити наступне:
– По-перше, в якості бета опції з’явився довгоочікуваний метод з лінійки Transient Blade Row, що дозволяє проводити моделювання машин в частотної області з високим ступенем обчислювальної ефективності.
– По-друге, розширена сфера застосування реалізованих раніше методів: метод перетворення часу тепер може працювати для багатоступеневих машин (у вигляді комбінації двосторонніх і односторонніх інтерфейсів) і при завданні декількох збурень, а метод перетворення Фур’є тепер підтримує асиметричні конфігурації (наприклад, спіральні відводи ( мал. 13), кілька співвідношень кутових розмірів у одній меті, а також кілька частот.
Малюнок 13 – Нововведення в розрахунках турбомашин
– По-третє, на повнофункціональному рівні реалізована методика рішення нестаціонарних задач сполученого теплообміну з різними кроками по часу для твердотільної і газової галузей. Це дозволяє подолати відомі обмеження, пов’язані з відмінним на порядки характерним часом процесів.
Також деякі поліпшення торкнулися сіткового генератора TurboGrid – доопрацьований шаблон дозволяє домогтися більш високої якості осередків в області кромки (мал.14), а обмеження по співвідношенню сторін дозволяє забезпечити оптимальне сіткове дозвіл для довгих вхідних і вихідних каналів.
Малюнок 14 – Покращення сіткового генератора TurboGrid
Нововведення в фізичних моделях і розрахункових шаблонах
Systems Coupling
Для двостороннього зв’язку (FSI) між CFX і Mechanical натомість функціонального модуля MFX тепер буде використовуватися Systems Coupling (мал.15), що дозволить зняти ряд дотеперішніх обмежень. Початково буде реалізована можливість передачі сил і переміщень, в подальшому планується реалізація передачі теплових навантажень.
Рисунок 15 – Реализована возможность передачи сил и перемещений
Кешування розрахункових даних CFX
Важливим нововведенням буде кешування розрахункових даних CFX, яке дозволяє оптимізувати процес рахунку при багаторазових перезапуску рішення (мал.16). Це може застосовуватися, зокрема, для прискорення процесу оптимізації проточної частини турбомашини, коли для кожної нової геометрії в якості початкових умов використовується кілька розрахункових точок характеристики, отриманої для пердидущей геометрії.
Також з’явиться опція (Keep Latest Solution Data Only), яка зберігає тільки останні дані розрахунку, видаляючи старі файли, що робить використання дискового простору до мінімуму.
Малюнок 16 – Кешування розрахункових даних CFX
Покращення в моделях турбулентності
17-й реліз відзначений появою в CFX і Fluent нових віхреразрешающіх моделей Shielded Detached Eddy Simulation (SDES) і Stress-Blended Eddy Simulation (SBES) (мал. 17).
SBES по точності результатів в цілому відповідає існуючим моделям (WMLES, DDES, DES), але надає можливість для комбінування і узгодження різних RANS і LES моделей, а також дозволяє візуалізувати області дії RANS і LES моделей (такий же можливістю володіє SDES-модель). Нова модель має потенціал збільшення точності для деяких завдань, в яких існуючі методи дають незадовільні результати.
Модель ламінарно-турбулентного переходу, Intermittency Transition Model, раніше введена у Fluent, в новій версії стала доступна і в CFX.
Малюнок 17 – Покращення в моделях турбулентності
Моделювання випромінювання в CFX
Нова бета-функція (Polar Distribution Function), яка використовується з моделлю випромінювання Монте Карло, дозволяє отримати від граничних джерел тривимірний розподіл інтенсивності (мал.18). Зміна інтенсивності сферически симетрично в локальній системі координат. У версії ANSYS 17.0 дана функція доступна поки тільки через CCL.
Малюнок 18 – Моделювання випромінювання в CFX
Багатофазні течії в CFX
Для вирішення складних завдань c багатофазними течіями в CFX з’явилися кілька поліпшень, реалізованих поки у вигляді бета-опцій. Інформацію про них ми припускаємо конкретизувати після виходу нової версії.
Граничні умови в FLUENT
У Fluent R17.0 в задачах з рухомими системами координат тепер можна поставити діагноз масова витрата як гранична умова не тільки щодо даної гратчастої зони, але і в абсолютній системі координат (мал.19). Аналогічним чином можуть бути визначені параметри поворотного течії на виходах із заданим тиском.
Малюнок 19 – Розширені граничні умови в Fluent R17.0 для масової витрати
У новому релізі в якості бета-функції можна використовувати неотражающих граничні зі стиснутої рідиною.
Теплообмін і теплопровідність в оболонках у Fluent
Модель оболочечной теплопровідності тепер може застосовуватися для незбіжних сіткових інтерфейсів. Крім того, товщина і тепловиділення для кожного шару оболонки тепер можуть бути оголошені вхідними параметрами Workbench (мал.20).
Малюнок 20 – Теплообмін і теплопровідність в оболонках у Fluent
Модель Монте-Карло у Fluent
Модель випромінювання Монте Карло, доступна раніше лише в CFХ, введена у Fluent на рівні бета-опції. Дана модель дає результати істотно краще в порівнянні з іншими раніше доступними моделями при дослідженні випромінювання в дзеркально-лінзових системах, наприклад, при теплових розрахунках фар і прожекторів. У новому релізі дана модель представлена поки тільки для 3D-розв’язувача і не распараллеливается. На рис. 21 показано температурне поле, отримане в тестовому розрахунку збирає лінзи з використанням методів дискретних ординат і Монте Карло.
Малюнок 21 – Модель Монте-Карло для Fluent у вигляді бета-опції
Продукти CHEMKIN
З моменту поглинання компанії Reacting Flow йде постійна робота по передачі функціоналу продуктів CHEMKIN у Fluent.
У новій версії CHEMKIN-CFD не вимагає додаткової ліцензії, при цьому Fluent сумісний з усіма механізмами CHEMKIN. Крім того, при використанні решателя CHEMKIN-CFD став доступний новий метод кластеризації осередків, який дає значне прискорення вирішення в порівнянні з методом прямого інтегрування.
Покращення в ейлерових моделях багатофазних течій у Fluent
- Додана бета-опція для моделювання багатофазних течій в пористих середовищах, яка може застосовуватися для задач фільтрації нафтогазових сумішей в пластах.
- Значно вдосконалена з’явилася в 16-й версії модель обліку капілярної сили.
- Для визначення параметрів насичення в багатокомпонентних сумішах тепер доступна модель NIST Refprop PVT, реалізована у вигляді бета-опції.
Моделі дискретної фази (DPM / DEM) у Fluent
- Модель обертання DPM-частинок, яка тепер реалізована на повнофункціональному рівні, дозволяє враховувати тертя ковзання при зіткненні частинки зі стінкою і підйомну (Магнуса) силу. Це важливо, наприклад, для коректного моделювання циклонних сепараторів і фільтрів.
- У DEM-модель додані нові моделі зіткнення частинок. З’явилася спеціальна модель для макроскопічних частинок (розміри яких перевищують кілька осередків сітки).
- Введена нова модель шорсткою стінки, що дозволяє отримувати більш коректні результати для обмежених потоків з частками (труби, циклони і т.д.).
З’явилися поліпшення для обох варіантів моделей пристеночной плівки. Лагранжева модель плівки доповнена моделлю Kuhnke. Ейлерова модель тепер підтримує змінне значення щільності матеріалу плівки.
Поліпшення моделі VOF
Поліпшення і розвиток торкнулося також і моделі VOF, яка часто застосовується для вирішення завдань проектування суден і шельфових споруд. Тепер для граничної умови відкритого каналу можна задавати різну швидкість входу для первинної та вторинної фази. Стало доступно умова багатонаправленого чисельного пляжу для подолання нефізічного відображення, що виникає через декількох граничних умов тиску на виході. Для течій у відкритих каналах тепер застосовується хвильова теорія Фентона, що дає більш коректні результати, зокрема, для хвиль великої крутизни.
За матеріалами сайту ANSYS CLUB
