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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如...
2020 - 09 - 02
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1709字,阅读时间预计6分钟编者按作者利用ANSYS Icepak和SIwave的双向耦合技术,分析了PCB的布线导热率分布、铜线焦耳热及其温度对导热率的影响,以此得到与真实情况最为相近的结果,用于评估发热问题。此方法可为企业设计与生产节约大量的时间及产品成本。印刷电路板(Printed Circuit Boards,以下简称PCB)是由绝缘介质(...
2020 - 08 - 26
作者:李桂花  安世亚太结构应用工程师本文共计422字,阅读时间预计2分钟编者按作者利用ANSYS单元的生死功能,通过修改单元刚度的方式,模拟出牛郎织女七夕节鹊桥相会的场景,让仿真充满生活气息,趣味十足。今天教大家用ANSYS单元生死技术做一个高端大气上档次的鹊桥相会。操作步骤第一步:建模模型很简单,一座拱桥,两颗爱心。第二步,画网格选择插入method,选择Body Fitted Ca...
2020 - 08 - 19
作者:谢文丽 上海安世亚太流体应用工程师本文共计2074字,阅读时间预计7分钟编者按作者使用工艺尺寸链计算软件——PDCC,一键计算,高效准确,解决了传统计算方式难以解决的问题,在生产阶段大幅度提高了工作效率。工艺尺寸是根据加工条件,在工艺规程中给出的尺寸,是为了保证零件图纸的尺寸而设计的。如果工艺尺寸设计不合理会直接导致零件加工不合格,因此对于复杂的轴类及箱体类零件、易变性零件等而言,保证工艺尺...

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Fluent Meshing多面体网格测评
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Fluent Meshing多面体网格测评

介绍

网格是大部分ANSYS软件求解的基础,一套好的网格不仅需要较高的网格质量,同时也需要注意网格数量。对于CFD工程师来说,基本上一半以上的时间都花费在处理网格上。因此合理的选择网格工具可以极大提升工程师的工作效率以及计算机的计算效率。

Fluent Meshing多面体网格测评

从R18.0开始,ANSYS CFD产品的打包方式发生了很大改变,ANSYS CFD中的网格目前包含了多种网格工件,包括ICEM CFD,ANSYS Meshing, Fluent Meshing以及TruboGrid等。这些软件中,除了TruboGrid是旋转机械专用网格工具之外,其余三款软件都是通用网格工具。


从我个人的理解来看,目前情况下,ICEM-CFD被定位为ANSYS流体软件系统中的结构化网格专用工具,ANSYS Meshing作为一般几何的网格前处理工具,而Fluent Meshing则被推荐用于复杂几何以及网格数较多的情况下。ANSYS后续网格工具发展的重点也是Fluent Meshing。三种网格工具大概的试用场景如下:


Fluent Meshing多面体网格测评


ANSYS Meshing以及ICEM-CFD。相信ANSYS meshing和ICEM-CFD大家都比较熟悉,今天主要为大家带来的是Fluent Meshing相关内容的介绍。


Fluent Meshing是为Fluent软件自带的高级非结构化网格划分工具。可以在单独使用也可以在workbench平台中打开,并可以通过脚本编写实现批量运行。


ANSYS Fluent Meshing支持多种CAD与网格输入格式。能单独的增加/修改几何实体,综合诊断工具可以自动检查、修复以及改进表面,可以查找间隙、自由边以及角度较差的区别,可以极大的减少甚至移除对上游CAD工具的需求。多样体的体网格生产方式可以有效的控制网格尺寸与网格质量,极大的简化前处理工作。


在最新版的ANSYS 2019 R1中,就网格前处理以及求解的流场,ANSYS又做了进一步的优化。实现了一界面完成从几何到网格再到求解的流程。

Fluent Meshing多面体网格测评


除此之外,ANSYS Fluent Meshing的多面体网格功能,还可以进一步减小网格数量,提高求解精度。


本文将以汽车外流场计算为例,对比ANSYS Meshing的四面体网格,ANSYS Fluent Meshing多面体网格以及ANSYS Fluent Meshing的马赛克(Mosaic)网格。


一、几何处理

 

Fluent Meshing多面体网格测评

在SCDM中,封闭汽车模型的外流场域。并对车体简化。进行完几何前处理之后,对整个区域的网格进行命名。


二、网格划分


在SCDM中,点击2019 R1可以进入workbench界面,进行后续的处理,点击Fluent 2019 R1可以进行Fluent Meshing界面中,进行后续的处理。


1)  ANSYS Meshing网格划分

Fluent Meshing多面体网格测评

最大网格尺寸设置为200mm,对车体区域进行加密,网格尺寸设置为40mm,对车体表面生成边界层网格,最终网格数量34,490,699,考察网格扭曲度:最大skewness=0.978。


2)  Fluent Meshing网格划分


Fluent Meshing多面体网格测评


在SCDM中选择Fluent 2019 R1,选择其中的水密体(Watertight)工作流程。跳转到Fluent Meshing中。


Fluent Meshing多面体网格测评


目前Fluent Meshing的workflow主要适用于watertight的结构。watertight的结构主要是指几何体相对封闭,不需要做过多几何前处理或已经在SCDM中做好前处理的几何。


之前各版本的Fluent Meshing在操作性上存在较多的不便利,但是workflow的开发使得Fluent Meshing得到了极大的提升。用户可以根据workflow逐步进行操作,从而得到网格。


Fluent Meshing多面体网格测评


Ø  Add Local Sizing:

可以根据具体的情况对某些位置局部加密。方式有Body size;Face Size;BOI等。


对于本案例,我们主要是针对车体部分进行BOI的网格加密,加密尺寸和ANSYS Meshing一样选择40mm。


Ø  Create Surface Mesh:

在此命令中可以设置全局网格尺寸,并生成面网格。生成面网格需要输入最小网格尺寸、最大网格尺寸、增长率以及相应加密的Size Function。


对于本案例,最小尺寸设置为1,最大尺寸设置为200,Size Function选择曲率加密以及间隙加密。


设置完相关参数之前,则可以快速得到面网格。在TUI命令栏可以得到面网格的质量。一般情况下面网格的质量不得低于0.85。若面网格的质量低于0.85,则需要Improve网格质量。


Ø  Describe Geometry:

Watertight的Workflow中支持三种类型的几何体导入。


1)单独的结构域。对于这种类型的几何,Fluent Meshing需要找到进出口边界进行封闭并抽取流体域;2)单独的流体域。对于这类几何,Fluent Meshing直接进行后续体网格的划分;3)既有流体域也有结构域,Fluent Meshing对两个域进行划分。


Ø  Update Boundaries:

在此命令中对case的边界条件进行区分,并选择相关的边界条件类型。


Ø  Update Regions:

在此命令中对case的流体域进行区分,并选择相关的流体域的类型。


Ø  Create Volume Mesh:

在此命令中,基于之前生产的面网格,进行相关体网格设置。可以选择生成网格的类型,网格的增长率以及相关边界层网格的设置。


为了对比不同网格类型的计算方式,文中分别采用多面体网格以及六面体核心的多面体网格进行了体网格划分。

Fluent Meshing多面体网格测评

     多面体网格                六面体核心多面体网格

对比三种网格,我们可以得到:

Fluent Meshing多面体网格测评

三种网格中,ANSYS Meshing划分的四面体网格数量最多,但质量最差;而Fluent Meshing划分的两种网格中,纯多面体网格的网格数要少于六面体核心的多面体网格,质量的话,而且差不多,扭曲度均小于0.9。

三、求解


在Fluent Meshing或ANSYS Meshing中完成网格划分后,将网格导入到Fluent中进行计算。若采用Fluent Meshing作为网格划分工具,则可以直接在界面中选择Switch to Solution。


Fluent中的求解采用coupled的耦合方式,勾选伪瞬态算法。车速设置为40km/h,采用半车模型,对称边界条件。


为了保证计算时间的可比性,将收敛参数提高两个数量级,迭代步数选择为1000步。

版本:2019 R1;

并行:4核

计算时间对比:

Fluent Meshing多面体网格测评


四、后处理


Ø  对称面速度分布云图

 Fluent Meshing多面体网格测评

四面体网格计算结果

Fluent Meshing多面体网格测评

多面体网格计算结果

Fluent Meshing多面体网格测评

六面体核心多面体网格计算结果


Ø  车身表面压力分布云图

Fluent Meshing多面体网格测评

四面体网格计算结果

Fluent Meshing多面体网格测评

多面体网格计算结果

Fluent Meshing多面体网格测评

六面体核心多面体网格计算结果


五、结论


从计算结果对比来看,三种类型的网格没有明显差别。只是在车后部尾翼下的部分,四面体网格的计算结果和多面体网格的计算结果略有差别,而两种多面体网格的结果则保持一致。车身表面的压力分布基本一致。


从网格数量以及计算时间上来看,四面体网格的网格数量大约是多面体网格网格数量的三倍以上,计算时间也大约为三倍左右。


因此,可以看出,多面体网格在网格数量以及网格质量上拥有较大的优势。尤其是在新版的Fluent中,Fluent Meshing的工作流得到了极大的简化,在操作使用方面,也得到了极大的提升。


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2020 - 09 - 23
翻译:赵亚  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1785字,阅读时间预计6分钟编者按作者分析了多相流的分类、仿真方法及未来发展方向,深入剖析了真实的产品案例和行业解决方案,并提出ANSYS仿真工具可以快速、高效地解决产品设计在多相流仿真中遇到的挑战,为企业的产品设计和生产节约成本。无论是设计高超声速运载工具的除冰系统、进行血液酶测试,还是输送和熔化稀有金属粉末化合物以进行增材制造,或是为偏远地区配制一套过滤系统以提供洁净的饮用水,工程师都需要考虑液体、固体和气体之间的相互作用。在这些不尽相同的多相流应用中,每一种仿真都需要不同的建模方法。40多年来,ANSYS开发了可以精确模拟多相流的仿真工具,已经被广泛运用在各个工业领域,以预测产品性能。精确的多相流仿真依赖于精确的物理模型精确的多相流模拟依赖于各相之间的机械、热和化学相互作用的精确预测,但是观测这些物理过程成本高昂甚至会遇到难以观测的问题。现在,工程师可以依靠多相流建模与仿真技术,深入了解并掌握提高效率、产量、安全性、可靠性的要素。■ 多相流模拟可以展现随地点位置变化的流型状态。例如,油气井底的流型可能完全是单相液体,但随着高度升高,气泡逐渐生成,流型会过渡到多相状态。因此在此类物理过程中,在不同的地点位置需要设置不同的多相流模型。■ 多相流模拟比单相流模拟的难度更高。完整描述多相流需要求解每一相的质量、动量和能量方程以及各相之间的相互作用。由于物理现象的多样性和多种流型同时存在的可能性,各相之间的合理模拟变得至关重要。▲ 油气井底部可能完全充满液体,但在上升过程中,压力下降,由于溶解气体析出,流型将过渡到气泡流。油气井仿真需要多种多相流模型精确的模拟不同井深处的特殊流型。自由表面流自由表面流包括两种或更多种不混溶的流体,每种流体被假定为在大部分流域具有连续性特征。每种流体有明显可识别的流动...
2020 - 09 - 16
作者:陈诗佳  上海交通大学-巴黎高科卓越工程师学院谢文丽  上海安世亚太流体应用工程师本文共计1755字,阅读时间预计6分钟编者按作者使用Flownex对垃圾处理中心通风系统的局部管线进行模拟,对敞开式处理车间和封闭罐装设备的环境通风系统做出整体评估,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。研究目的随着国内环境三废处理规范要求越来越明细化,各种环保处理工艺可以说是百花齐放。但由于环保处理的对象具有极其复杂的来源,因此各种工艺和设备的处理效率仍需不断提高。这里就针对有机质固废集中处理中心的敞开式处理车间(低浓度臭气)和封闭罐装设备(高浓度臭气)的环境通风系统做一个评估。■ 处理车间的臭气产生量与处理废弃物种类、处理量、停留时间有关,这种环境下空气的换气率指标是有相应标准限定的。■ 对于封闭罐装设备来说,高浓度臭气的产量与种类、储量、时间、压力、温度等参数相关。有了这些基础数据以后,一般通风系统的管道布置设计就可以开始了,同时可以进行风机选型。由于垃圾处理中心处理的种类随着季节、处理量而变化,通风系统需要随之重新改造或升级。因此,对现有通风系统的评估和改造是相关企业经常面临的事。本文使用集成CFD程序的一维管网系统设计软件——Flownex,对垃圾处理中心的通风管路系统的局部管线进行模拟,评估现有运行参数下每一个吸风口的风量,并提出改进建议,同时对管线上的风机选型提出明确要求。Flownex软件简介Flownex是一款优秀的一维管网系统热流体设计、优化软件。■ 它在电力、核能、化工、船舶、燃机、建筑、天然气管网、航站楼飞机供油管路系统等领域都有广泛的运用。■ 它含有丰富的过流元件(图1所示)(如管道、阀门、换热器)、流动控制元件、动力元件(风机、水泵、压缩机、锅炉、燃烧室、核电反应堆等)、从动元件(汽轮机...
2020 - 09 - 09
作者:吴华春  上海安世亚太结构应用工程师本文共计1042字,阅读时间预计4分钟编者按作者挑选了一个简单的球型拉伸模,来观察此模具在不同加载速度下可承受的等效应力值,以此判断相同时间内,该模具最快可加工多少产品。此模拟仿真案例可为企业生产效率及经济效益的提高提供相关的思考。概述在现代工业生产中,效率始终是各行各业考虑的要点,尤其对模具行业来讲,效率更是重中之重。同样的产品、模具和工艺,如果模具的速度加载更快,那就意味着同样的时间范围内,可以生产出更多产品,经济效益就会更好。但是模具加载速度越快,对模具的承载要求也就越高。本文对一简单球型拉伸模进行不同速度的加载,来测试模具承受的等效应力。模具工况图-1 模具图■ 采用有限元对模具应力仿真,为了考虑到整个模具,此处对凸模和凹模分别进行分析。■ 另外,拉伸件是对称件,仅采用1/4模型进行模拟,对称边采用约束定义。■ 本次模拟采用Lagrangian incremental法,仅考虑Deformation,模拟步数为6,1步保存1次,进行模具静力分析。■ 在DEFROM中,冲压成形工艺。如果考虑模具受力问题,把模具设置为柔性件,不仅需要设置材料,而且需要进行网格划分。■ 但是此处不需要考虑板料变形,因前面已经分析了板料成形问题(即分别在冲压速度为10、50、100mm/s的情况下进行仿真分析),其计算结果的加载力如图-2所示。图-2 不同速度下凸、凹模加载力模具材料类型采用弹性模型,温度设置为20°C,材料采用Cr12,即AISI D3钢,密度为7.8e-9mm3/kg,杨氏模量为206754MPa,泊松比为0.3。材料曲线如图-3所示:材料曲线描述了不同加载速度下,考虑应变率效应,对不同应变率下参数的调整。此曲线仅供参考。图-3 Cr12材料曲线利用DEFORM前处理中...
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