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流体仿真

单相、非反应流
多相流
热管理

单相、非反应流
99%的工业流都是湍流:任何用来预测流体流动对产品性能影响的仿真,都严重依赖于精确完整的湍流建模。ANSYS CFD解决方案针对各种应用提供了一系列广泛的模型,包括易于使用的稳态模型以及高级的规模求解模型。不断扩展的流体属性库对上述所有模型提供大力支持。

多相流
流体仿真可能包括多相流,如沸腾、空穴、分散多相流、非混相流和微粒流。ANSYS CFD 提供了最广泛的复杂湍流和物理模型,可以准确地仿真最棘手的挑战,因此您可以自信地预测产品的性能。
许多流体仿真都包括多相流。无论是设计需要防止结冰的超快速运输、开展血液酶测试、交付并熔化用于增材制造的稀有金属粉末化合物,还有设计过滤系统以便在偏远地区提供清洁的饮用水,您都是在解决多相问题。
在我们不断突破创新以改进我们的产品和流程的过程中,我们需要更好地了解液体、固体和气体之间的相互作用。这些不同的多相挑战需要采用不同的建模方法。我们的客户已经使用 ANSYS CFD 超过了 40 年,他们实现了最广泛的精确多相模型,并且可以自信地预测其产品的性能。要真正了解您的产品,您必须正确地进行多相仿真。

热管理
温度控制对于很多产品和工艺的效率、可靠性、安全性和耐用性至关重要。例如,在低于适当温度下运行化学反应会减少产品产量,而运行温度过高又会导致危险的失控反应。仿真使工程师能够了解热问题的根源,并且迅速纠正问题,从而改善产品和工艺的热管理。此外,仿真还有助于评估多种备选设计,从而优化设计并确保设计在不同工作条件下的安全性。
对于一些热管理问题而言,采用相对简单的物理模型的单物理场仿真已经足够。但是,很多热管理问题并不能符合简单模型的所有假设根据。此外,很多热管理问题涉及多种物理场,例如在一个案例中流体的热量传递到固体结构,随后又消散到空气中,因此无法通过单物理场解决方案来解决问题。ANSYS提供更具洞察力的解决方案,有助于解决更广泛的热管理问题。ANSYS提供更强大的单物理场求解器,并且能够将多个单物理场求解器结合在一起,从而为任何热问题提供准确答案。热管理是一项您必须掌握的非常关键的计算流体动力学(CFD)应用。

CFD 仿真中的湍流建模

在计算流体动力学 (CFD) 中,即使再简单的流动,都很难计算。计算湍流时,难度更是呈指数增加:不规则的液体运动在时间和空间上呈现出众多不同范围。
为湍流物理建模选择正确的方法十分关键,…但也十分难以抉择。虽然湍流完全能使用纳维-斯托克斯方程进行描述,但是这需要大量资源,因此直接进行数值模拟并不实际。那么,如何在各种可用的湍流模型中,针对您的设计难题选择适用的模型呢? 这需要专家的指导。ANSYS 可以提供众多仿真以及全面的选型支持(包括各种模型公式和策略),从而确保您的解决方案能提供所需的精确度。
了解湍流模型选择会如何影响仿真精确度 — 即使看似简单的应用也会受到影响。湍流是计算流体动力学 (CFD) 中必须正确处理的重要应用。

旋转机械
无论旋转机械产品(离心式压缩机、轴流式压缩机、涡轮增压器、涡轮机等)存在何种挑战,ANSYS仿真技术都能帮助工程师和公司提升设计性能。应用范围包括设计更好的离心式压缩机、涡轮增压器、蒸汽轮机、水轮机和泵。您还可以预测粒子侵蚀。

反应流
ANSYS仿真技术能帮助工程师优化任何涉及反应流的产品(加热炉、裂化炉、内燃机、燃气轮机等)的性能。ANSYS具有无与伦比的广度和深度的仿真软件以准确无误和最佳实践方法而著称,它可提供非常直观、但同时也非常详细的燃料模型,帮助您高效快速地实现性能和燃料效率目标。我们的仿真工具可帮助您大幅减少化学过程时间,几乎消除了仿真化学集成过程中的瓶颈。更快的求解时间意味着您可集中精力探索更多设计方案,进行试验,了解问题所在及原因,并且准确无误地解释观察到的结果。

流固耦合
流经管接头、流量计、阀门和分配器的流体流动,以及飞机机翼、涡轮叶片和其它结构体上方的流体流动会给周边部件产生非稳定力,从而导致它们运动。有时这种运动是有意而且必要的,有时是无意但不可避免的。在两种情况下,掌握流体力对周边设备及其性能的影响都至关重要。ANSYS多物理场解决方案能够帮助用户理解和解决流固耦合(FSI)有关的产品设计挑战。

电动机散热
对电动机进行准确的仿真有助于降低成本,提高效率。随着电动机尺寸的小型化以及越来越高地工作强度,一旦发生过热,其工作效率将严重下降。在极端情况下,永磁铁可能会达到极限并发生退磁现象。热管理是一项重大挑战,需要在设计流程中尽早分析。
使用 ANSYS 解决方案优化电动机设计,帮助您在高强度的市场需求中快人一步,应用领域包括:
电动/混合动力车辆
电动飞行器
风力涡轮机
太阳能追踪板
从电磁场及其损耗分布到热应力的结构一致性,对电动机进行全方位的仿真,有助于对早期设计方案进行权衡与考量。在 ANSYS Maxwell 中进行仿真,了解电磁场及其相关能量损耗,这是进行温度分析的第一步。
能量损耗在 ANSYS Fluent 中自动映射为3D平均时间输入。对这些结果进行分析,找出与热性能相关的重要因素,然后优化散热设计。在某些情况下,如果仅考虑单个物理场不能满足分析要求,可同时结合使用 Fluent 和 Maxwell:采用Fluent 对不同的散热方法进行仿真,并将温度信息返回给 Maxwell。将这些值用于调整受温度影响的材料属性,并对电磁场进行修正,然后返回给 Fluent 进行进一步分析。

气蚀现象
当液体中因流体动力学导致局部静压下降到蒸气压以下而形成气泡时,就会产生气蚀现象。气泡的存在时间通常很短,在压力升高时会破裂。气蚀现象会产生噪音和振动,造成结构的磨损和破坏,从而导致性能下降。
气蚀现象会对相关的流体产品造成不良影响,包括:
泵(正位移)
喷油嘴
阀门
压缩机
涡轮增压器
螺旋桨推进器(以及其它海事装置)
溢洪道
然而,在可控情况下,气蚀现象也会变得有用,例如:
超声波设备(震波碎石)
清洁表面用的气穴喷嘴
低阻鱼雷及船壳

电池仿真方案
电池在其使用寿命期间的质量和性能不仅受到充电情况和温度的影响,还取决于最初的制造工艺。为了更好地控制电池的性能和使用寿命,对电池老化过程进行精确建模是非常重要的。
在其使用寿命期间,由于不可逆的物理变化和化学反应,电池会逐渐老化。分析这些变化的传统工程方法需要大量成本高昂的试验和试错过程。电池设计的突破需要进行多种原理(热、机械、电化学)及多规模扩展过程(从单个电极到完整的电池组)的研发。除了 CFD,完整的电池开发流程需要进行多物理场仿真,包括结构分析仿真、电子仿真和系统仿真。
ANSYS CFD 可以对从分子级别到模组级别的电池性能进行仿真,还可通过以下方式降低开发成本并加快产品上市进程:
通过减少昂贵的试验和试错过程来缩短设计周期
对成本、能量密度、使用寿命、工作温度和安全性之间的平衡进行优化
在单一、具有实际意义的环境中考量所有相关的物理作用,且所有物理仿真效果均为同类最佳

电池热管理

 

高流变材料
ANSYS Polyflow为聚合物、玻璃、金属和水泥加工行业的企业提供了先进技术。研发团队广泛运用该技术对挤压、热成型、吹塑、玻璃成型、光纤拔丝和混凝土成型等工艺进行设计与优化。
改善薄膜模头均匀度:为了制作可生产均匀聚合物膜的模头,工程师使用ANSYS Polyflow仿真挤压工艺,并自动测试不同的模头形状设计。使用工程仿真进行优化,可将薄膜模头均匀度提升13%,还可减少压降。这些改进措施能减少材料浪费,降低功耗,在模头整个生命周期中节约大量成本,同时还可为客户提供更高质量的产品。
降低挤压设计成本:ANSYS解决方案能够通过完整的多物理场仿真实现塑料包装设计与制造的完整虚拟原型设计。这让公司和工程师能够更快速地开发产品,在开发周期早期阶段进行设计测试,减少所需的物理原型数量,并最大限度地降低原材料成本。
降低材料成本:工程师设计水箱时,可利用ANSYS Polyflow进行吹塑建模、计算材料分布与强度、坠落测试仿真,同时避免使用成本不菲的物理原型设计。他们能够通过仿真,确保容器的质量和耐用性,并使每个容器的用料减少1.75千克,节省约每小时100美元的生产成本。

流体高性能计算
您可利用ANSYS高性能计算(HPC)实现并行处理,从而以更快的速度和更低的成本求解具有最复杂CFD操作的大型模型。将我们的ANSYS CFX和Fluent等求解器在Haswell处理器、NVIDIA GPU以及Intel True Scale和Cray MPI (互连)等最新HPC架构上运行可达到最佳效果。ANSYS HPC具有出色的、经过验证的可扩展性——每个CPU内核处理5,000个单元时工作效率达80%;并可执行特大型的仿真,用10,000多个内核处理具有1亿或更多个单元的模型。
设计影响
缩短求解时间
增加高保真度的洞察信息
增加设计方案数量
ANSYS优势
ANSYS HPC具有出色的、经过验证的并行可扩展性,每个CPU内核处理5,000个单元时工作效率达80%以上。这意味着:
用户在硬件局限性方面受到的束缚较少,因为可使用更少更小的HPC硬件以更低成本加速更大的模型!
用户可从突破性的扩展性能中大获裨益,利用数量非常多的内核处理大型模型,例如以15,000多个内核处理1亿以上个单元。
处理复杂物理场(化学、多相)所需的ANSYS求解器经过高度优化,可在当今的多核处理器上快速运行并表现出出色的并行可扩展性。
除了并行可扩展性以外,求解器收敛和稳健性也至关重要。ANSYS CFX和Fluent因这些优异的特性,价值极高!
我们的求解器经过优化,可在Haswell处理器、NVIDIA GPU和Intel True Scale (互连)等最新HPC架构上运行。例如,Fluent中的3D-AMG耦合压力求解器支持GPU,体现了ANSYS致力于让客户利用全新不断发展的技术(如GPU)实现更快速仿真。
Fluent网格划分利用其无与伦比的HPC功能和可扩展性提供并行网格划分功能,能大幅缩短网格划分时间。例如,使用八个内核划分具有4200万个单元的网格时,比使用单个CPU内核速度快七倍以上。注意,该功能不需要HPC许可证!
ANSYS提供灵活、可扩展的许可方案。

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