FSI

ANSYS Workbench v12 - CFD/FSI

Struktura, přehled a organizace programů Výtah z prezentace SVS FEM s.r.o. Škrochova 42 Brno [email protected]

Školící materiály fy. SVS FEM s.r.o.

© 2003-2009 SVS FEM s.r.o. Všechna práva vyhrazena. Školící materiály, včetně všech částí a příloh, jsou chráněny autorskými právy. Jakékoliv jejich užití mimo rámec autorských práv je vázáno na souhlas fy. SVS FEM s.r.o. To platí především o kopírování, překladech, mikrofiších a zpracování elektronickými systémy. ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 2

Obsah Přednáška je zaměřena na možnosti CFD/FSI v prostředí Workbench.

• FSI

• Geometrie – Project – DM (DesignModeler)

• Generace sítě – AMP (ANSYS Meshing Platform) – ANSYS ICEM-CFD

• CFD – CFD-Post – ANSYS CFX – ANSYS Fluent

– 1-way ANSYS ⇔ CFX – 1-way ANSYS ⇔ Fluent – 2-way FSI ⇔ CFX, Fluent

• Turbomachinery – BladeGen • Vista CCD, CPD, RTD, AFD

– – – –

BladeModeler VistaTF TurboGrid Pre/Post - ANSYS CFX

ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 3

Projekty Celkový přehled nových možností a vlastností rozhraní „Project“ byl demonstrován v přednášce E.Wanga.

• Nové uživatelské rozhraní – Jasnější definování předávání informací – Zobecnění pro všechny typy analýz • Typ analýzy • Komponenta/produkt • Uživatelské sestavy

– Parametrické návaznosti


Strana 4

DesignModeler Celkový přehled nových možností modulu DesignModeler byl demonstrován v přednášce E.Wanga.

• Jednotné spojení s CAD systémy – Autodesk Invertor 2009, CATIA V5 R18, CoCreate Modeling 2008, Mechanical Desktop 2009, Pro/ENGINEER WF 4.0, Solid Edge 20, SolidWorks 2009, Siemens NX 6, Teamcenter Engineering 2005 – IGES (64-bit), STEP (64-bit), ACIS, Parasolid, Catia V4, Catia V5

• Zlepšený transfer mezi DM a CAD systémy – Částečný update – Imprint faces

• Nástroje pro začisťování geometrie • Snadnější vytváření inverzních objemů


Strana 5

ANSYS Meshing Platform (AMP)


Strana 6

Nástroje pro generaci sítě ≥ v12 • Verzí 12 začíná konsolidace programů fy. ANSYS pro generaci sítě. • Postupný přenos všech technologií do nástroje v prostředí Workbench. • Vytvoření komplexního nástroje pro – Tvorbu libovolného typu elementů: • Tetra (Octree, Delaunay, Advancing Front) • Hexa (Swept, Hex Dominant) • Mix (Multizone, Inflation) • 2D / 3D

– Libovolnou analýzu: • FEM, CFD, ELMG, Explicit, ..

•

Předpokládá se vznik dvou nástrojů pro generaci sítě – Základní

ANSYS ICEM-CFD TGrid GAMBIT Workbench Meshing

– Pokročilý • Bude od příští verze

ANSYS Advanced Meshing

CFX-Mesh

ANSYS Workbench Meshing (AMP)

budoucí verze programu ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 7

ANSYS Meshing Platform - 3D •

Ve verzi 12 je šest různých algoritmů pro generaci sítě na 3D geometrii: – Automatic – Tetrahedrons • Patch Conforming –

(Tgrid Tetra Algorithm)

• Patch Independent –

(ICEM-CFD Tetra Algorithm)

– Sweept Meshing – Multizone – Hex Dominant – CFX-Mesh

• • • •

Uživatel používá algoritmy, ne jednotlivé softwary. Možnost vytvářet koincidentní / nekoincidentní mřížku. Pro každý existující objem lze použít jiný algoritmus. Jednotlivé algoritmy zohledňují daný typ analýzy. ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 8

ANSYS Meshing Platform – Multizone Meshing • •

Nový algoritmus ve verzi 12.0 Automatické virtuální rozložení geometrie na primitivy – Algoritmus lze kombinovat s různými typy elementů (hexa, tetra, prism) – Jedná se o kombinaci algoritmů Cooper a ICEM-CFD Hexa


Strana 9

ANSYS Meshing Platform – Prismatická vrstva •

Prismatickou vrstvu lze kombinovat se všemi algoritmy generace sítě. – Hladký přechod mezi prismatickou vrstvou a vnitřní mřížkou. – Předcházení kolizí (Collision avoidance): • Stair-stepping (TGrid) • Layer compression (ICEM-CFD)

– Preview prismatické vrstvy. – Generace prismatické vrstvy: • před generaci vnitřní mřížky (TGrid) • po generaci vnitřní mřížky (ICEM-CFD)

– Sweeping: • Hexahedry nebo wedge

Detailnější popis tohoto produktu najdete na ANSYS Customer Portal: Product Documentation > Meshing > Meshing Application ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 10

ANSYS ICEM-CFD


Strana 11

ANSYS ICEM-CFD •

Ve verzi 12 přináší ANSYS ICEM-CFD další rozšíření svých možností pro generaci a editaci mřížky. Mezi ně například patří: – Multiblocking • Pro jednotlivé bloky (části objemu) se předepisují rozdílné typy mřížky –

Strukturované nebo nestrukturované Hexa

–

Sweep, Tetrahedry (Delaunay, Advancing Front, Tgrid, HexaCore, HexaDominant)

• Velmi rychlá generace vysoce kvalitní mřížky • Odpovídající mřížka v zájmových oblastech

– Eliptické vyhlazování

• Několika algoritmů, které lze vzájemně kombinovat • Všechny asociace na geometrii jsou zachovány – hrana zůstane hranou

Detailnější popis tohoto produktu najdete na ANSYS Customer Portal: Product Documentation > Meshing > Meshing Application ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 12

ANSYS ICEM-CFD •

Generace Hexa karteziánské mřížky „BodyFitted“ : – Zohledňování velikosti elementů pro jednotlivé části modelu – Generace prismatické vrstvy se zachováním ortogonality ke CADovské ploše – Tvorba karteziánské mřížky pro více objemů s respektováním rozhraní


Strana 13

ANSYS CFD

(ANSYS CFX / ANSYS Fluent)


Strana 14

ANSYS Fluid Dynamics ve v12.0 CAD

Geometrie

Generace sítě

DesignModeler (DM)


ANSYS CAD Plug-in CAD Systémy

Nastavení

Výpočet

CFX-Pre

CFX-Solver

Vyhodnocení

CFD-Post FLUENT Setup/Solve/Post

ANSYS Workbench Jednotné nástroje pro:

• CAD rozhraní • Geometrii • Generaci sítě • Vyhodnocení Vše v prostředí Workbench.

Integrování do prostředí ANSYS Workbench: • • • •

Flexibilita Návaznost s mechanickými a jinými moduly Parameter manager, optimalizace Hromadný update při změně v libovolném místě cyklu


Strana 15

ANSYS Fluid Dynamics > v12.0 CAD

Geometrie

Generace sítě

Nastavení

Výpočet

Vyhodnocení

DesignModeler (DM)


CFD-Pre

CFD-Solver

CFD-Post

ANSYS CAD Plug-in CAD Systémy

ANSYS Workbench • Sdílení předností mezi FLUENTem a CFX • Fyzikální modely, možnosti, numerika

• Plná integrace všech kroků do prostředí ANSYS Workbench. • Sjednocení rozhraní s CAD systémy, tvorba geometrie, generace sítě a postprocesing. • Žádný kód není upřednostněný.


Strana 16

ANSYS CFD-Post


Strana 17

ANSYS CFD Post • Dochází k prvnímu sjednocení CFD produktů v rámci fy. ANSYS. • Stávající CFX-Post je rozšířen pro potřeby uživatelů ANSYS Fluent. – Mřížka: polyhedrální, „non-conformal“, moving/sliding. – Numerika: rozdílné umístění výpočtových proměnných v elementu.

• Rozsah CFD-Post snižuje potřebu použití profesionálních postprocesorů – Kvantitativní vyhodnocování proměnných, – Tabulkový editor, grafy, tvorba reportů, – Práce v dávce, – Přehrávání a ukládání průběhu práce, – Vytváření vlastních proměnných, – Integrovaný modul pro lopatkové stroje, – Práce s makry, – Export hodnot pro FSI analýzy • Textové soubory, • Interpolace na vlastní mřížku, … . Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Fluid Dynamics > CFD-Post ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 18

ANSYS CFD Post •

Nové možnosti v CFD-Post – Rychlá Fourierova Transformace (FFT) • Akustika, buzené tvary

– Porovnání různých výsledkových souborů • Rozdílné kódy, výpočty, hustota sítě, fyzikální modely

– Vertex Core • Rychlejší výpočet vírových struktur

– IsoClip Plane – Colours • Interaktivní nastavení vlastní škály


Strana 19

ANSYS Fluent


Strana 20

ANSYS Fluent •

Numerika řešiče: Vylepšení přesnosti, robustnosti; Zvýšení efektivnosti pro transientní proudění

•

Paralelní výpočet: Rychlejší načítání a ukládání dat; Paralelní načítání a zápis datových souborů; Rozšíření pro partitioning; Zvětšení velikosti možného modelu

•

Generace sítě: Vylepšení pro pohybující a deformující se mřížku; Zdokonalení generace polyhedrální mřížky

•

Spalovací motory: Nový nástroj pro generaci mřížky; Nové modely spalování; Zlepšení DPM; IC report

•

1-way FSI: ANSYS, ABAQUS, I-deas, NASTRAN, PATRAN; Plochy, objemy; Interpolace na rozdílnou mřížku


Strana 21

ANSYS Fluent •

Vícefázové proudění: Coupled řešič pro

•

Chemické reakce: Rychlejší a přesnější výpočet

•

Přestup tepla a Radiace: Nový algoritmus pro

Eulerovské vícefázové proudění; Vylepšení modelu kavitace; Zlepšení DPM; Rozšíření VOF modelů kinetiky chemické reakce; Chemické reakce s modely reálných plynů pro „pressure-based“ řešič; Rozšíření modelů pro emise; DQMOM-IEM pohledové součinitele; Model „Dual Cell“ pro tepelný výměník; Vylepšení DO modelu; Rozšíření možností „Shell“ modelu vedení tepla

•

Turbulence: Transition modely turbulence; Rozšíření LES a DES modelů

•

Další oblasti: Materiálové vlastnosti; Palivové články; Akustika; Stabilnější tlakové okrajové podmínky; Rozšíření metod pro průměrování „Mixing“ ploch


Strana 22

ANSYS Fluent – GUI (Graphics User Interface) •

•

•

•

První krok k jednotnému GUI pro ANSYS CFD. Postupný přechod Fluent GUI na prostředí blízké CFX-Pre. Tradiční organizace práce v prostředí FLUENTu je stále zachována. Snaha o co nejplynulejší přechod na nové GUI. ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 23

ANSYS Fluent - IC3M •

Automatizovaný generátor Hexa sítě pro spalovací motory

•

Snadné použití – Vytvořené šablony pro Hexa síť

•

Přesnost – Čistě Hexa síť pro oblast ventilů a pístů – Možnost dotvoření Hexa sítě pro zbývající oblasti

•

Robustnost – Využití generace mřížky s ANSYS ICEM-CFD – Řešič využívá „layering“ z Fluentu

•

Rychlost – Používá se pouze „layering“ bez nutnosti „remeshingu“ – Lepší konvergence díky Hexa síti – Menší velikost databáze díky Hexa síti ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 24

ANSYS CFX


Strana 25

ANSYS CFX •

Numerika řešiče: Zvýšení přesnosti; Zrychlení

•

Paralelní výpočet: Rychlejší tvorba partitions;

•

Generace sítě: Vylepšení morfingu mřížky a

řešiče; Možnost zadávat počáteční podmínky z více výsledkových souborů Nové algoritmy pro partitions; Snížení velikosti souborů pro partitions; Rychlejší zapisování a načítání externího „remeshingu“ (ANSYS ICEM-CFD)

•

Lopatkové stroje: Vylepšení časově ustáleného

•

Spalovací motory: Nové modely spalování;

MFR; Rozšíření „Stage“ interface; Rozšíření transientního MFR; Vytvoření jednotného prostředí „Turbosystem“ pro komplexní návrh lopatkových strojů Vylepšení pro Lagrangeovské proudění; Rozšíření výstupu a zpracování výsledků

•

Immersed Body: Mřížka pro solid oblast je obsažena ve fluid mřížce, obě rozdílné mřížky se vzájemně překrývají; 6-DOF (β) ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 26

ANSYS CFX •

Euler-Euler: Model pro var na stěně; Možnost obecného definování sdruženého přestupu tepla fluid/solid pro vícefázové proudění; DQMOM; CVF pro nehomogenní proudění; Rozšíření modelu pro netahové síly; Vylepšení rozhraní v CFX-Pre

•

Euler-Lagrange: Nové možnosti pro vstřikování; Film

•

Spalování: ECFM, EGR modely; Autoignition modely;

na stěně; Nové modely pro Break-Up sprejů; Rozšíření modelu pro „Particle-Wall Interaction“ Spalování s modely reálných plynů; Rozšíření modelů pro spalování uhlí; RIF integrace

•

Přestup tepla a Radiace: „Thin region“ modely; Přestup tepla pro rotující pevná tělesa

•

Turbulence: SST curvature correction; Transition model s uvažováním drsnosti stěny; EARSM, LES modely; Rozšíření SST-SAS modelu turbulence

•

Další oblasti: Modely viskozity pro NeNewtonovské kapaliny; Materiálové vlastnosti; Detaily pro okrajové podmínky ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 27

ANSYS CFX – Lokalizace, Kustomizace •

Lokalizace – Možnost používání jiného než anglického textu v prostředí ANSYS CFX

•

Kustomizace – Vytvoření vlastního průvodce pro • Často se opakující úlohy • Zadání na složitých geometriích s komplexní fyzikou a numerikou kódu

– Definování od uživatelského rozhraní, průvodního textu, obrázků, kontroly načtených a zadaných dat – Automatická tvorba geometrie, mřížky a lokací pro okrajové podmínky – Automatické zpracování výsledků a zpráv – Komplexní řešení přes prostředí ANSYS Workbench ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 28

ANSYS CFX – Multiple Configuration •

Multiple Configuration – Možnost definování úlohy na více geometriích • Výpočet plně zavřeného ventilu –

Úloha se může rozdělit do více domén

• Rozsah fyziky, numeriky není omezen

– Simulation Control • Na základě uživatelem zvoleného kritéria se výpočet přenáší mezi mřížkami –

Čas

–

Kvalita mřížky

• Obecně definované podmínky –

FSI úlohy

– Remeshing • Vnitřní v rámci ANSYS CFX • Vnější –

ANSYS CFX plně řídí práci ICEM-CFD • Změna geometrie • Typ a parametry mřížky ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 29

ANSYS FSI

(Mechanical/Fluid/Thermal)


Strana 30

ANSYS CFX FSI • 1-směrný přenos tlakového a teplotního zatížení mezi ANSYS „Classic“, ANSYS Workbench a CFX byl vyřešen ve verzi 10. – Tlaky, teploty na povrchu • Plná interpolace na načtenou mřížku

– Teploty v objemu • Ve verzi 12 snadnější přenos pomocí CFX-Post


Strana 31

ANSYS Fluent FSI •

1-směrné FSI – ANSYS (mimo prostředí Workbench) – 3rd party FEM kódy • ABAQUS, I-deas, NASTRAN, PATRAN

– Mapování výsledků na načtené plochy a objemy • Strukturální a teplotní zatížení na plochách • Teplota v objemu

– Načítání FEM mřížky, interpolace dat z FLUENTu, export – Zobrazení importované mřížky s mřížkou FLUENTu (kontrola)


Strana 32

ANSYS 2-way FSI •

ANSYS ⇔ Fluent – MpCCI • 3rd party kód • Mimo prostředí ANSYS Workbench

– Jscript • Přenos dat v prostředí ANSYS Workbench

•

ANSYS ⇔ CFX – Workbench • Automatizovaný přenos teplotního a tlakového zatížení

– MFX • FSI výpočty mezi ANSYS „Classic“ a CFX


Strana 33

ANSYS TurboMachinery


Strana 34

ANSYS Turbomachinery •

Do prostředí ANSYS Workbench jsou plně integrovány všechny nástroje potřebné pro návrh lopatkových strojů. – BladeGen • Definice, návrh a zpracování průtočných částí lopatkových strojů. • Nástroje pro základní návrh (1-D) různých typů lopatkových strojů.

– BladeModeler • Rozšíření DesignModeleru. • Speciální nástoje pro práci s tvarem lopatek a kanálů.

– VistaTF

• „Flow-through“ (2-D) kód pro velmi rychlé ohodnocení návrhu průtočné části.

– TurboGrid

• Automatický generátor hexa sítě pro lopatkové stroje.

– CFX-Pre

• Automatizovaný průvodce pro zadávání výpočtu různých typů lopatkových strojů.

– CFX-Post

• Automatizované zobrazení a zpracování výsledků pro lopatkové stroje.

Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Application Specific > TurboSystems


Strana 35

ANSYS BladeGen •

BladeGen – Rychlý 3D modelář pro lopatkové stroje – Komformní zobrazení s interaktivní úpravou všech detailů – Plná návaznost na druhé moduly prostředí ANSYS Workbench

•

Součástí BladeGenu jsou moduly pro prvotní návrh (1D) jednotlivých typů strojů – Vista CCD – radiální kompresory – Vista CPD – ostředivá čerpadla – Vista RTD – radiální turbíny – Vista AFD – axiální ventilátory

Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Application Specific > TurboSystems ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 36

ANSYS BladeModeler •

BladeModeler – Plná návaznost s druhými moduly prostředí ANSYS Workbench • BladeGen Import/Export • TurboGrid Export • Vista TF Export • ANSYS Meshing Platform Export • ANSYS ICEM-CFD Export

– Možnost definování parametrů pro geometrii – Víceřadé modely – Automatické dotváření kola a krycího disku • Mezilopatky • Rádiusy

– Automatická tvorba inverzních objemů Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Application Specific > TurboSystems ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 37

Vista TF • • • • • •

Nástroj pro 2-D výpočet proudění lopatkových strojů Plně integrovaný do prostředí Workbench Vyhodnocení v CFD-Post Výpočet < 10 s Výpočet více řad lopatek Integrace/Transfer s BladeModeler/CAD

Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Application Specific > TurboSystems ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 38

ANSYS TurboGrid •

Přidaný nový algoritmus “Automated Topology Meshing – ATM” – Anizotropní Hexa mřížka – Eliptické vyhlazování

• • •

Možná generace hexa sítě na geometrii s rádiusy na lopatce. Transformace CAD geometrie do TurboGridu. Generace 3D hexa sítě < 10 minut.

Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Application Specific > ANSYS TurboGrid ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 39

ANSYS Turbomachinery - Pre/Post • Návaznost na ostatní programy v prostředí ANSYS Workbench – FSI/FEM analýzy

• Možnost načítání výsledků z obou kódů. • ANSYS CFX-Pre – Průvodce podle typu stroje. – Možnost (obousměrného) přechodu do obecného rozhraní preprocesoru.

• ANSYS CFD-Post – Výpočet proměnných pro lopatkové stroje – Konformní zobrazení – Grafy, tabulky, komentáře, .. – Připravené automatické reporty Detailnější popis tohoto produktu najdete na „ANSYS Customer Portal“: Product Documentation > Application Specific > TurboSystems ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 40

Parametry / Optimalizace


Strana 41

Parametry • Automatickou a nedílnou součástí prostředí Workbench je možnost zadávat vstupní data jako parametry. – CAD, DM parametry • Při změně geometrie automatický přepočet mřížky

– Materiálové, okrajové a počáteční podmínky

• Tato možnost je bez jakýchkoliv dalších požadavků na licence. •

Pro parametry lze definovat vzájemné závislosti.

•

Možno předepsat jak pro CFD, tak FSI analýzy.


Strana 42

ANSYS DesignXplorer •

S parametry lze dále pracovat v DesignXploreru.

•

Optimalizační nástroj v prostředí Workbench. – DOE schémata • Central Composite Design (CCD) • Optimal Space-Filling • Vlastní schémata (možnost importu)

– Fitting schémata • Polynom druhého řádu • Krining (automatické, manuální zjemnění) • Neparametrická regrese • Neurální síť

– Optimalizace • Screening (shifted Hammersley) • MOGA • NLPQL Detailnější popis tohoto produktu najdete na ANSYS Customer Portal: Product Documentation > Workbench > Design Exploration Application ANSYS CFD/FSI - Struktura, přehled a organizace programů 29.4.2009 Brno

Strana 43

FSI

Recommend Documents