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ANSYS CFX

1 概述
   ANSYS CFX是一款高性能计算流体动力学(CFD)软件工具,可快速稳健地为各种CFD和多物理场应用提供可靠精确的解决方案。CFX一直因其出色的精确度、稳健性和高速度而被业界认可,可满足泵、风扇、压缩机、燃气涡轮和水力涡轮等旋转机械应用的需求。
ANSYS CFX是一款高端的、通用的流体动力学软件,在过去20年来已经被用来解决了广泛的流动问题。ANSYS CFX的核心是其先进的求解技术,这是快速、稳健地获得可靠精确结果的关键。现代化的、高度并行的求解器是大量物理模型的基础,这些物理模型能虚拟地捕捉任意和流动相关的现象。该求解器及其丰富的物理模型被包装为一个现代的、直观的、灵活的用户界面,并可以用对话文件、脚本和强大的表达式语言进行定制和自动化。

2 适用领域
● 辐射传导热分析                   ● 声学与噪声分析       
● 燃烧与化学反应分析               ● 流固耦合分析
● 相变、多相流分析                 ● 旋转机械分析

3 功能特点
►高效灵活的工作流
   ANSYS CFX集成在统一的 ANSYS Workbench平台下,该平台已经成为工业界最广泛、最深入的先进工程仿真技术组合的基础。这一易用的平台提供了CAD双向参数连接,强大的几何和网格工具,自动的项目级更新机制,遍布各处的参数管理,多场仿真管理,以及集成的优化工具。ANSYS CFX提供了CFD仿真中史无前例的生产力,实现仿真驱动产品设计。
● 无需繁琐的返工即可快速地准备流动分析所需设备/过程的几何
● 避免了相同数据模型的复制,而是在基本流动之外的物理场间一致性地共享这些数据
● 容易定义几何、网格、物理和后处理的一系列变化
● 通过增加对可变性和设计敏感度的理解,改进了设备/过程的质量
● 容易设置并运行多物理场仿真
 

►为多物理场构建
   对流固耦合(FSI)等多物理场造成的复杂而又往往违反直觉的相互作用,有着更深入的洞察。ANSYS CFX与ANSYS Workbench全面集成,可提供与ANSYS Mechanical、ANSYS Maxwell及其它仿真技术的完整双向交互功能。

► 信心百倍地求解复杂模型
   ANSYS CFX能求解用于多相流、化学反应和燃烧的精密复杂模型。即便是粘性流、湍流、内外部流、流致噪声预测、带辐射和不带辐射热传导也可以轻松地建立模型。

►借助高性能计算(HPC)加速求解速度
   借助HPC,ANSYS CFX可提供运行速度更快的CFD仿真解决方案,让工程师和设计人员在设计周期中能够更快速地做出更明智的决策。同时ANSYS HPC能在拥有数以万计的处理器的系统上提供线性扩展。HPC的意义不仅仅限于内核数量的增加。ANSYS还可对处理器架构、模型分区算法、优化通信以及处理器间的负载均衡进行优化,能在各种仿真模型上以惊人的速度提供结果。

► 湍流模型
   绝大多数的工业流动为湍流。因此,ANSYS CFX软件一直致力于提供并开发最先进的湍流模型,用来有效并准确地捕获湍流。湍流模型对CFD计算影响较大,尤其是复杂构型的阻力评估,存在层流到湍流的转捩,附面层分离、激波诱导附面层分离等复杂的流动现象,常规的二方程湍流模型难以胜任各种复杂流动,CFX拥有包括S-A模型在内的15种湍流模型,其中SST模型+低雷诺数修正可以更准确地模拟中度分离流、低速气动力,对于层流到湍流的转捩流动,可以采用基于SST的转捩模型。
● 精确有效地捕捉湍流效应
● 多种常见的双方程模型和雷诺应力模型
● 提供创新的模型来求解层流到湍流的转捩
● 大量的尺度解析湍流模型
● 嵌入式LES(E-LES)选项

►传热和辐射
   在许多工业设备像涡轮叶片、发动机缸体和燃烧室,以及建筑和结构中,优化传热都是关键的。在这些应用中,其核心是精确地预测对流传热,其中很多情况下,对固体内的热扩散和辐射传热也起着重要的作用。
ANSYS CFX软件具备最新的共轭传热(CHT)技术,把流体动力学和固体材料的内部导热联合起来计算。CHT区域中固体域的网格可以单独划分,然后用通用网格界面(GGI)和任意非一致网格粘接起来。相关的其它功能包括考虑通过薄挡板的导热、固体间接触面的热阻、固体表面镀膜的热阻、以及由于运动引起的CHT固体域的对流换热。
   ANSYS CFX引入了丰富的模型来计算各类流体和固体间的辐射传热,包括全透明、半透明或不透明辐射。为了把效率最大化,在辐射场变化小的区域,辐射网格能自动粗化。它也可以考虑散射的影响。

►多相流
   完整的模型组合让ANSYS CFX能捕捉多个相间的相互作用,像气体和固体,离散颗粒和液滴,以及自由表面。
● 能洞察难以测量的设备内部
● 能捕捉多个相间的相互作用
● 提供了多流体(VOF)模型
● 用欧拉多相流模型分别求解各相的方程组
● 或者用更经济的混合相模型
● 欧拉多相流模型具备丰富的选项来求解质量、动量和能量交换

► 反应流
   无论是模拟燃气轮机、汽车发动机或燃煤锅炉的燃烧,还是评估建筑物内部及周围和其它结构的火灾安全,ANSYS CFX都提供了丰富的架构来模拟伴随化学反应和燃烧的流动。在ANSYS CFX中,你可以用非预混、局部预混或预混燃烧模型来精确预测如火焰速度、位置、火焰后温度等参数。
● 提供了丰富的架构模拟伴随化学反应和燃烧的流动
● 提供了诸如涡耗散概念、PDF输运及刚性有限速率反应等新模型
● 包括涡破碎和有限速率等成熟的模型
● 扩展连贯小火焰模型(ECFM)适合像内燃机这类特殊的应用
● 反应流模型能处理大量的气体、煤和液体燃料燃烧模拟
● 预测SOx生成、NOx生成和分解的特殊模型
● 反应流模型能和真实气体模型、LES、DES湍流模型联合使用

►旋转机械
● 具有精确、稳健和有效的模型和架构,用来模拟所有类型的水泵、风扇、压缩机、燃气涡轮和水轮机
● 对于旋转机械设计和分析提供了多个产品
● 有专用的前后处理工具
● 瞬态的转子—静子功能以最大精度解析了部件间的真正瞬态相互影响
● 更简单的Stage级间模型的求解比全瞬态转子—静子模型更快速
● 要精确捕捉动静部件间的瞬态相互作用,有不同的选项
● 具有冻结转子模型

►流固耦合
   借助于ANSYS在多物理场方面深厚的技术基础,以及CFX在流体力学分析方面的领先优势,ANSYS Mechanical+CFX强强联合推出了目前世界上最优秀的流固耦合(FSI)技术。
● 可以模拟固体运动对流动的影响
● 可以很容易设置流固耦合(FSI)仿真
● 允许很大的边界位移
● 按需自动重新划分网格的选项

► 侵入固体方法
   浸入固体方法是ANSYS CFX中一种附加的FSI功能,由于该方法避免了网格变形和重新划分,因此能模拟固体在流体域内无限制的运动。当浸入的固体在流体域内运动时,重叠区域的流场解会通过施加适当的源项进行调整,以反映固体的存在。固体的运动可以由用户灵活定义,或者由ANSYS CFX的刚体求解器获得。
   ANSYS CFX中完全集成了隐式6自由度刚体求解器,在给定刚体的质量和转动惯量后,施加在刚体上的力和力矩的计算结果能让边界、域、子域实现运动。其应用包括油箱从飞机分离、船体在波浪影响下的运动等。

►CFX增强功能和产品选项
● 几何结构特征清除和编辑
● 六西格玛分析和设计探索
● 高级网格剖分
● 旋转机械专用的附加模块
● 快速2-D通流分析
● 快速3-D叶片设计工具
● 涡轮专用的网格剖分工具

► 推进CFX求解器技术