FLUENTRozwijany od 1983 roku, Fluent jest wieloletnim liderem w branży symulacji przepływowych. Imponująca baza empirycznie zwalidowanych modeli, zaawansowany technologicznie solwer matematyczny oraz wiele wbudowanych narzędzi specjalistycznych (np. moduł do optymalizacji bezparametrycznej) powodują, że Fluent jest najczęściej wybieranym programem do symulacji przepływowych (źródło). 

ANSYS Fluent jest programem bardzo elastycznym. Może być wykorzystywany jako narzędzie do prostych zagadnień ogólno-przepływowych ale także do bardzo specjalistycznych zadań i skomplikowanych problemów przepływowych. Do dyspozycji użytkownika oddane zostało mnóstwo modeli do symulowania wszelakich zjawisk przepływowych. Kilkanaście modeli turbulencji pozwala na zamodelowanie pełnego spektrum zjawisk przepływu turbulentnego. Z kolei modele cieplne, w tym kilka modeli promieniowania, dają możliwość wykonywania analiz termicznych. Ponadto trzy modele wielofazowe, mieszaniny, reakcje chemiczne, ruchome elementy, akustyka i wiele wiele innych.

Jedną z wyróżniających cech programu jest możliwość dostosowania go do potrzeb użytkownika poprzez tzw. User Defined Functions. Mimo szerokiego wachlarza możliwości Fluenta, inżynier może chcieć wykonać obliczenia z wykorzystaniem swojego własnego modelu numerycznego, nietypowego materiału czy charakterystyki na warunku brzegowym pozyskanego w drodze pomiarów. Dzięki UDF-om możliwe jest dowolnego modyfikowanie wielu aspektów kodu obliczeniowego Fluenta. Ta właściwość jest nieoceniona w środowiskach naukowych, gdzie Fluent bardzo mocno zyskał na popularności.

Integracja programu w środowisku Workbench pozwala także na wykorzystanie narzędzie do optymalizacji parametrycznej (DesignXplorer).  Szerokie spektrum zastosowań od przeliczania wielu przypadków obciążeń do poszukiwania najlepszej wartości parametrów wejściowych w funkcji celu znacznie przyspieszają obliczenia i podnoszą wydajność wykorzystywanego narzędzia do symulacji.
 

 


Numeryczna Mechanika Płynów

Computational Fluid Dynamic (CFD)

 

Numeryczna mechanika płynów (CFD) na stałe weszła do zastosowań nie tylko naukowych ale także przemysłowych. Wraz ze wzrostem wydajności obliczeniowej komputerów oraz rozwojem metod numerycznych, zwiększa się również zakres zastosowań CFD w przemyśle.
Symulacje przepływów jako nowoczesne narzędzie stały się integralną częścią procesu projektowego wielu firm. Możliwość przewidywania wydajności i specyfikacji produktu zanim zostanie on wyprodukowany znacznie skraca czas projektowania oraz ogranicza ilość budowanych prototypów. Symulacja procesów daje możliwość optymalizacji już istniejących konstrukcji a także testowanie rożnych rozwiązań oraz wpływu zmian na charakterystykę produktu.
 

 

   
 

 

Wszystkie te zastosowania przekładają się na wymierne korzyści finansowe (jakość, cena produktu) oraz poprawiają konkurencyjność firmy.

 


Struktura programu


Fluent posiada budowę modułową. W połączeniu z integracją ze środowiskiem WB użytkownik może przechodzić kolejne etapy prowadzenia symulacji w poszczególnych modułach:

ANSYS SpaceClaim - budowa/przygotowanie geometrii
ANSYS Meshing - budowa siatki
Fluent-Pre - definicja modelu
Fluent-Solver - moduł rozwiązujący
CFD-Post - zewnętrzny postprocesor

Oprogramowanie ANSYS Fluent zapewnia szybkie, dokładne i niezawodne rozwiązania CFD. Posiada wbudowane modele fizyczne oraz dodatkowe moduły i narzędzia pozwalają na dostosowanie modeli do specjalistycznych zastosowań.

 

Numeryka i obliczenia równoległe - skomplikowane solvery zintegrowane wewnątrz ANSYS Fluent zapewniają solidne i dokładne wyniki dla niemal nieograniczonego zakresu przepływów. Zaawansowane przetwarzanie równoległe efektywnie wykorzystuje wiele procesorów wielordzeniowych w jednym komputerze lub wielu komputerach w sieci. ANSYS Fluent jest dostępny dla Windows, Linux i UNIX.

Turbulencja - w ANSYS Fluent oprócz popularnych modeli takich jak k-epsilon, k-omega i Reynolds Stress Model (RSM), występuje szereg innych modeli: Larg Eddy Simulation (LES), Detached Eddy Simulation (DES), Sacle-Adaptive Simulation (SAS). Dostosowanie modeli oraz szereg dodatkowych opcji, zapewnia możliwość rozwiązania przepływów w wielu zróżnicowanych warunkach.

Akustyka - ANSYS Fluent może obliczyć dźwięk wytwarzany przez wahania ciśnienia na kilka sposobów za pomocą dostępnych modeli - Ffowcs Williams-Hawkings, Broadband Noise Source.

Dynamiczne siatki - ANSYS Fluent umożliwia modelowanie ruchu elementu (np. silniki spalinowe, zawory). Przykładowo model Multiple Reference Frame umożliwia modelowanie okresowych ruchów wewnątrz zbiorników mieszających, pomp, turbin.

Przepływ ciepła, zmiany fazy i radiacja - ANSYS Fluent oferuje kompleksowy zestaw do modelowania konwekcji, przewodzenia ciepła i radiacji. Możliwości ściśle związane z wymianą ciepła obejmują m.in. modele kawitacji, płynów ściśliwych, wymienników ciepła, gazów rzeczywistych, pary mokrej, topnienia i krzepnięcia.

Reakcje - kompleksowe modelowanie reakcji chemicznych, w szczególności w przypadku turbulencji, było cechą oprogramowania ANSYS Fluent od jego powstania. Modele reakcji chemicznych w ANSYS Fluent mogą być używane w połączeniu z modelami turbulencji LES i DES. W takim przypadku staję się możliwe przewidywanie różnorodnych sytuacji, przykładowo stabilizacji płomienia.

Przepływy wielofazowe - ANSYS Fluent posiada 4 różne podejścia do modelowania przepływów wielofazowych: Discrete Phase Model (DPM), Volume of Fluid Model (VOF), Eulerian Model, Mixture Model. Za pomocą tych modeli można rozwiązać różne przypadki przepływów m.in. gaz/ciecz, gaz/ciało stałe, ciecz/ciecz, modelowanie złóż fluidalnych, napełnianie zbiorników.

Funkcje użytkownika - użytkownik może samodzielnie stworzyć niezbędne dla niego funkcje, a następnie wprowadzić je do programu ANSYS Fluent. W ten sposób użytkownik ma nieograniczoną możliwość konfiguracji różnych zjawisk.


Fluid Stucture Interaction (FSI)

FSI polega na powiązaniu symulacji przepływów z analizami wytrzymałościowymi. Stosowane jest wszędzie tam gdzie płyn znacząco wpływa na strukturę i na odwrót. Technologia FSI pozwala na wierniejsze oddanie rzeczywistości, dzięki czemu z powodzeniem jest stosowana w takich dziedzina jak: biomechanika (odkształcenia żył, stentów itp.), przemysł lotniczy (wibracje i odkształcenia wywołane przez przepływ powietrza) czy budownictwo (obciążenie budynku wiatrem).
Technologia ANSYS FSI dostarcza projektantom najwydajniejsze i najbardziej zaawansowane narzędzie powiązujące ze sobą przepływy i analizy wytrzymałościowe dostępne na rynku.


Generalnie FSI można podzielić na dwa poziomy: One-way i Two-way:
  • One-way FSI - polega na uzyskiwaniu bardzo zbliżonych do rzeczywistości danych do jako danych wejściowych do innej analizy. Bardzo często jest wykorzystywane w analizach, w których ważne są naprężenia termiczne. Dzięki symulacji przepływów możemy uzyskać dokładne warunki brzegowe do analizy wytrzymałościowej. Dostępne w CFX oraz FLUENT w połączeniu z ANSYS Professional 12.1 i wyższymi licencjami.

 

  • Two-way FSI - jest to dwukierunkowe (silne) sprzężenie między strukturą a przepływem w którym przepływ zależy od zmieniającego się kształtu konstrukcji i na odwrót. Ten typ FSI stosowany jest głównie w dynamice i przy silnie odkształcającej się geometrii. Przykładem mogą być analizy zastawki serca, chorągwi na wietrze czy pompy.membranowej.  Dostępne w Fluent + ANSYS . 
  • Immersed Solid - specjalny typ sprzężenia dwukierunkowego działający wewnątrz środowiska CFD. Pozwala on na analizę przemieszczenia geometrii traktowanej jako bryła sztywna o sześciu stopniach swobody (6DOF) wraz z uwzględnieniem jej kształtu. Możliwe jest zastosowanie podążającej siatki za geometrią oraz sitaki niezmiennej wraz z poruszającą się w niej bryłą. Ten typ FSI umożliwia przykładowo analizy drgań zaworów kulkowych, działania pomp zębatych itp. Dostępny w CFX.

 
MESco oferuje kurs FSI dla zaawansowanych na którym omawiane są wszystkie rodzaje sprzężeniawraz z przykładami dla FLUENT jak i CFX - więcej informacji znajduje się w sekcji w kursy.