Анализ и моделирование течений жидкостей и газовc использованием комплекса ANSYS CFX

Обзор цикла проектирования и анализа
Создание геометрической модели (CAD)
Теоретический анализ, определение режима течения
Построение расчетной сетки (ANSYS CFX Mesh или ANSYS ICEM CFD)
Гидро-, газодинамический расчет и анализ (CFX)
Оптимизация

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)
CAD
(Создание геометрии)

Комплекс ANSYS CFX
1. ANSYS CFX-Pre – приложение, в котором реализован процесс определения физики поставленной задачи.
2. ANSYS CFX-Solver – приложение, реализующее процесс решения задачи вычислительной гидродинамики.
3. ANSYS CFX-Post – это программа, предназначенная для анализа, визуализации и представления результатов, полученных в ходе решения задачи посредством ANSYS CFX Solver.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

CAD
Система автоматизации проектных работ (САПР) или CAD (англ. Computer-Aided Design) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей.
В современных системах проектирования CAD получает данные из систем твёрдотельного моделирования CAE (Computer-aided engineering), и передаёт в CAM (Computer-aided manufacturing) для подготовки производства (например генерации программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких Автоматизимрованных Производственных Систем)).

CAD
В ANSYS CFX могут импортироваться геометрические данные из CAD:
Solid Works (машиностроение);
Solid Edge (2D/3D CAD-система);
Catia [V5] (аэрокосмическая промышленность);
BladeGen (лопаточные устройства турбомашин);
ACIS (3D CAD-система);
Parasolid и другие.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

CFX Mesh
CFX Mesh – приложение генерации сеток. На данном этапе происходит следующее:
определение геометрии области исследования;
создание областей потоков жидкостей или газов, твердых областей и задание имен граничным областям;
установка параметров сетки.

ANSYS ICEM CFD
ANSYS ICEM CFD - Комплексное решение для задач генерации расчетных сеток любых типов, от структурированной многоблочной до неструктурированной гекса- или тетраэдрической или гибридной.
ICEM CFD Tetra - полностью автоматический генератор неструктурированных объемных тетраэдрических сеток.
ICEM CFD HEXA - создание гексаэдрической сетки в полуавтоматическом режиме на основе любой геометрии.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

ANSYS CFX-Pre
Физический препроцессор ANSYS CFX-Pre импортирует сетку, созданную генераторами сеток:
CFX Mesh;
ICEM CFD;
ANSYS;
ANSYS Meshing;
FLUENT;
Nastran
и другие.

ANSYS CFX-Pre
ANSYS CFX-Pre реализует процесс определения физики задачи:
физической модели;
ее параметров и характеристик;
граничные условия (входные, выходные);
модель теплообмена.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

ANSYS CFX-Solver
Решатель ANSYS CFX - Solver импортирует задачу, поставленную посредством ANSYS CFX-Pre.

ANSYS CFX-Solver
ANSYS CFX - Solver реализует процесс решения задачи вычислительной гидро- или газодинамики, т.е. производит поиск решения всех требуемых переменных:
уравнения в частных производных интегрируются по всему объему задачи в области исследования, соответствует применению закона сохранения (масс или момента) к каждой исследуемой области;
полученные интегральные уравнения преобразуются в систему алгебраических уравнений путем аппроксимирования членов в интегральных уравнениях;
алгебраические уравнения решаются численным методом.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

ANSYS CFX-Solver Manager
ANSYS CFX-Solver Manager – это надстройка над CFX-Solver. Она позволяет:
контролировать ход решения задачи;
определять входные файлы решателя;
запускать или приостанавливать CFX-Solver ;
контролировать процесс решения задачи;
устанавливать CFX-Solver для проведения параллельных вычислений.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

ANSYS CFX-Post
Постпроцессор ANSYS CFX-Post предназначен для анализа, визуализации и представления результатов, полученных в ходе решения задачи посредством ANSYS CFX-Solver. Для этого используются следующие средства:
визуализация геометрии и исследуемых областей;
векторные графики для визуализации направления и величины потоков;
визуализация изменения скалярных величин (такие как температура, давление) внутри исследуемой области.

ANSYS Workbench
ANSYS Workbench входит в состав комплекса ANSYS и обеспечивает унифицированную инструментальную среду для разработки и управления разнообразной CAE-информацией.

ANSYS Workbench

ANSYS Workbench
ANSYS Workbench включает следующие приложения:
DesignModeler;
CFX-Mesh;
Simulation;
FE Modeler;
DesignXplorer;
Engineering Data;
Customization and the Workbench SDK.

Архитектура комплекса ANSYS CFX
CFX-Pre
(Препроцессор физики)
CFX-Post
(Постпроцессор)
CFX-Solver
(Решатель)
CFX-Solver Manager
(Менеджер задач)
CAD
(Создание геометрии)
ANSYS CFX Mesh
ANSYS ICEM CFD
(Генерация сетки)

Решение типовой задачи
Решим задачу обтекания трубы потоком воздуха. Для этого:
создадим геометрию исследуемой области;
сформируем на ее основе сетку;
определим физику задачи;
запустим процесс решения;
визуализируем результат.

ANSYS DesignModeler

ANSYS CFX Mesh

ANSYS CFX-Pre

ANSYS CFX-Solver

ANSYS CFX-Post

ANSYS CFX в среде Workbench

Области применения
Аэрокосмическая промышленность: процессы обтекания тел, химические процессы горения в ДВС, реактивное движение, турбулентные потоки в жидких и газообразных средах, смеси газов
Турбомашиностроение: потоки в турбинах, процессы вращения турбин
Нефтегазовая и химическая промышленность: химические процессы горения, процессы течения
Автомобилестроение: обтекание тел, процессы вентиляции, процессы горения в ДВС, процессы теплообмена
Судостроение и морская техника: процессы обтекания
Теплоэнергетика
Вентиляция и кондиционирование
Биомедицинские приложения: моделирование течения жидкостей организма; моделирование процессов теплообмена
Микроэлектромеханические системы MEMS: моделирование процессов теплообмена

Примеры расчета
Расчет системы вентиляции стадиона «Арена «Ходынка»

Примеры расчета
Моделирование процессов горения, тепло и массообмена в топках котлов на пылевидном топливе
Общая структура течения в топочной камере и распределение температуры в топке 120 МВт котла

Примеры расчета
Численный анализ пожаровзрывоопасности объектов нефтегазовой отрасли, промышленности и строительства
Моделирование утечки газа и образования взрывоопасной смеси на морской нефтяной платформе
Изоповерхность концентрации углерода в момент времени t = 120 сек (CFX-Post)

Примеры расчета
Моделирование течения многофазного потока в трубопроводе с ловушкой для конденсата
Пример нестационарной адаптации сетки на границе раздела газ-жидкость: синий цвет отображает газ, красный - жидкость.
На фотографии ловушки для конденсата
Внешний вид расчетной сетки до адаптации