Nowy Rok – nowy Fluent. W wersji 2024 R1 nie powinniśmy jednak spodziewać się rewolucji w analizach CFD, a ewolucji dobrze znanych rozwiązań z pyFluentem i rozszerzaniem możliwości obliczeń na GPU we Fluencie na czele. Paru nowych funkcjonalności doczekał się także RockyDEM.
- Solver GPU w analizach CFD
- Fluent Web Interface
- Postprocessing analiz CFD
- Termika w ANSYS Fluent
- Fluent Meshing
- ANSYS Rocky
Solver GPU w analizach CFD
Odkąd wprowadzono możliwość prowadzenia obliczeń we Fluencie na kartach graficznych, coraz więcej użytkowników zmienia podejście do rozwoju bazy hardware’u na rzecz GPU. Nie wszystkie kluczowe funkcjonalności są jeszcze dostępne, jednak z każdą nową wersją są one systematycznie uzupełniane i rozwijane. We Fluencie 2024 R1 znajdziemy m.in. długo wyczekiwany schemat Pressure-Velocity Coupling – Coupled, interface’y niekonformalne oraz sliding mesh. Dla użytkowników, którzy skupiają się na obliczeniach CFD w zakresie szeroko rozumianych maszyn wirnikowych, będzie to niesamowite przyśpieszenie pracy. Obliczenia w stanie nieustalonym turbin, pomp, wentylatorów, sprężarek czy mieszalników do tej pory mogły trwać nawet tygodniami na bardzo mocnych procesorach. Teraz możliwym będzie nawet kilkunastokrotne przyśpieszenie czasu obliczeń przy stosunkowo niewielkiej inwestycji w sprzęt. Ponadto solver GPU został uzupełniony o możliwość symulacji procesów spalania, dodano sponge zone dla akustyki oraz rozwinięto możliwości monitorowania symulacji. W funkcjonalnościach β udostępniono także wsparcie dla GPU od AMD, UDFy bazujące na Pythonie, profile zmienne w czasie, DPM, modele radiacji S2S oraz DO a także hybrydowy (CPU/GPU) model akustyczny FW-H. Wzrost wydajności na przykładzie symulacji cyklonu z wykorzystaniem DPMa można zobaczyć na Rys. 1. Ciekawą funkcjonalnością jest także wczytywanie „lekkich” case’ow, czyli szybki dostęp do wyników oraz ustawień. Pozwala to na ustawianie ogromnych modeli nawet na zwykłych laptopach, które nie dysponują wystarczającą ilością pamięci RAM. Tryb ten umożliwia też restart obliczeń na kartach graficznych, mimo że stacja robocza nie zapewnia wystarczającej ilości pamięci RAM do wczytania case’a.
Fluent Web Interface
Następną interesującą funkcjonalnością jest Fluent Web Interface, który pozwala na dostęp i monitorowanie procesu symulacji z dowolnego miejsca i urządzenia przez przeglądarkę internetową. Możliwym jest też zatrzymanie obliczeń, zmiana ustawień i puszczenie kolejnych iteracji. Interface użytkownika, jak łatwo można zauważyć, jest bardzo zbliżony do Discovery Simulate, także użytkownicy Discovery bardzo szybko poczują się jak w domu. Przez Web Interface dostępne są wszystkie funkcjonalności zawarte w zakresie licencji Pro. GUI Fluent Web Interface zaprezentowane jest na Rys. 2.
Postprocessing analiz CFD
Znacznie rozwinięto także możliwości wysokojakościowego renderowania grafik w postprocessingu, dzięki czemu tworzenie grafik i animacji do celów marketingowych nie wymaga już eksportu wyników do zewnętrznych postprocesorów. Rozwinięty został również ciemny schemat kolorów oraz ujednolicono schematy kolorów z pozostałymi modułami ANSYSa. Możliwym jest więc łączenie dwóch schematów kolorów i graficzne wyznaczanie stref przekroczenia dopuszczalnych wartości na skali kolorów, co można zobaczyć na Rys. 3.
Rozwinięto również wbudowany we Fluencie moduł do analiz parametrycznych oraz tworzenie wykresów. Systematycznie dodawane są funkcjonalności do PyFluenta, praktycznie zrównując możliwości klasycznych UDFów, Schemów i Journali, a ponadto w GUI dodano PyConsol aby ułatwić i przyśpieszyć pracę. Adjoint Solver zyskał kilka usprawnień, takich jak znaczny wzrost wydajności mesh morphera, który będzie generował znacznie gładsze przejścia pomiędzy komórkami. Adjoint Solver zaczął także wspierać zmienne odpowiedzialne za reakcje chemiczne, w tym spalanie. Pozwoli to na usprawnienie procesów optymalizacji topologicznej komór spalania lub palników. Znana do tej pory z Adjoint Solvera możliwość dopasowywania współczynników korygujących w modelu turbulencji GEKO na podstawie Adjoint Solvera, została znacznie rozwinięta i przeniesiona do ANSYS Fluids AI+. Nowe podejście zapewnia uzyskanie wyników o dokładności znanej z modelu LES, przy zachowaniu czasów obliczeń na poziomie klasycznych RANSów.
Termika w ANSYS Fluent
Zagadnienia termiczne także nie stoją w miejscu. Od wersji 20244 R1 udostępniono możliwość dwukierunkowego sprzężenia Maxwella z Fluentem poprzez System Coupling, co pozwoli na modelowanie propagacji łuków elektrycznych. Ustawić można dwukierunkową wymianę strat Joule’a oraz sił Lorentza z Maxwella oraz temperatur i przewodności z Fluenta. Dodano również możliwość definiowania expressions, UDFów lub profili dla jednowymiarowych termicznych warunków brzegowych na ścianach oraz adaptacyjne siatki dla modelu radiacji Monte Carlo. Fluent doczekał się także wsparcia modelu Loosely Coupled CHT dla solvera Pressure Based w stanie ustalonym, co pozwala na ok 20% przyśpieszenie obliczeń.
Ulepszenia zaszły również w modelu DPM, a zwłaszcza w jego rozwinięciu czyli DDPM, gdzie dodano kilka nowych modeli reakcji, którym mogą podlegać cząsteczki a także rozwinięty został model Dynamic Interaction Range, który pozwala modelować cząsteczki większe niż wielkość komórki. W stosunku do poprzedniej wersji, dodano przemieszczenia objętościowe, dwukierunkowe połączenie z modelami turbulencji oraz źródła promieniowania z cząsteczek.
W modelu VOF dodano możliwość łączenia modelu Open Channel z translacyjnymi źródłami pędu z MRFa, dzięki czemu osiągnięcie stanu ustalonego w symulacjach płynących statków może być nawet pięciokrotnie szybsze.
Wraz z zauważalnym wzrostem zainteresowania tematami około wodorowymi, rozwinięte zostały modele spalania zwłaszcza w zakresie spalania wodoru oraz amoniaku. Dodano także model H2 Pump oraz zerowymiarowy model elektrolizy, dzięki któremu nie ma potrzeby siatkowania objętości warstw membran i katalizatora, co znacznie obniża wielkość siatki numerycznej.
Znacznie rozwinięto moduł Fluent Aero, zwłaszcza pod kątem ułatwień nawigacji w GUI oraz ulepszeń doczekały się modele dedykowane do przepływów około i naddźwiękowych. Dla użytkowników, którym sen z powiek spędzało szukanie składu atmosfery naszej najbliższej sąsiadującej planety, dodano także nowe mieszaniny w bazie materiałowej, które odpowiadają za oddanie atmosfery Marsa oraz największego księżyca Saturna – Tytana. Mieszany te zawierają również wbudowane mechanizmy dysocjacji i jonizacji, przydatnych w modelowaniu przepływów hipersonicznych.
Fluent Meshing
Ulubiony moduł wszystkich użytkowników Fluenta, czyli Fluent Meshing na pewno nie osiada na laurach. Do tej pory były tylko dwa powody, żeby użytkownicy Fluenta byli zmuszeni do powrotu do ANSYS Meshingu, czyli siatki 2D oraz strukturalne siatki hexagonalne. Jak można zobaczyć na Rys. 4, Fluent Meshing zyskał możliwość skutecznego i szybkiego tworzenia siatek 2D z zachowaniem wszystkich narzędzi potrzebnych do odpowiedniego zdefiniowania właściwości siatek. Funkcjonalność jest obecnie dostępna w wersji β oprogramowania.
Znacznie rozwinięto możliwości funkcji Multizone Meshing, dzięki czemu definiowanie warunków dla poszczególnych domen jest jeszcze prostsze i bardziej skuteczne. Kolejnym, wartym wspomnienia, udogodnieniem jest nowa funkcja Layered Thin Mesh, która pozwala na dokładne siatkowanie stref, gdzie występują bardzo cienkie szczeliny. Pozwala to uniknąć generowanie niepotrzebnych warstw komórek polyhedralnych i stworzenie wysokojakościowej siatki warstwowej. Przykłady wykorzystania można zobaczyć na Rys. 5.
ANSYS Rocky
Developerzy ANSYS Rocky również nie próżnują i skrupulatnie rozwijają możliwości Rocky’iego. Wartym wspomnienia jest na pewno możliwość jedno i dwukierunkowego połączenia solverów DEM oraz FEA w zakresie zagadnień termicznych. Połączenie to otwiera całkowicie nowe obszary wykorzystania symulacji DEM, w tym dokładne modelowanie ciepła z tarcia cząstek materiałów sypkich lub obciążenie termiczne konstrukcji na skutek kontaktu z cząsteczkami. W najnowszej wersji Liquid Bridge Model stał się kompatybilny z funkcjonalnością odpowiedzialną za skalowanie cząstek Coarse Grain Model. Umożliwia to symulacje wilgotnych cząstek w procesach tj. mieszanie czy powlekanie przy zachowaniu dokładności. Na Rys. 6 pokazano przykład wykorzystania metody DEM/CGM. Ponadto cały czas rozwijany jest model SPH dostępny w Rocky’m a także udostępniono biblioteki PyRocky oraz kursy z Rocky’ego na platformie ANSYS Innovation Courses. Dla użytkowników, którzy lubią ciemne schematy kolorów softu dobrą informacją będzie, że również Rocky zyskał ciemną szatę graficzną.
Jak widać zakres funkcjonalności ANSYSa w szeroko rozumianych przepływach, cały czas jest skrupulatnie i skutecznie rozwijany. Jeśli któryś z tematów wzbudził u Państwa szczególne zainteresowanie to zachęcamy do kontaktu, aby wspomóc implementacje nowych funkcjonalności w codziennej praktyce inżynierskiej.
Autor: Łukasz Marzec, MESco sp. z o.o.
Przeczytaj również o zmianach w analizach mechanicznych i elektromagnetycznych w ANSYS 2024 R1.