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Zusammenfassung
Ingenieure verwenden Computational Fluid Dynamics (CFD)-Analysen zur Untersuchung und Optimierung von Strömungs- und Wärmeübertragungsanalysen in verschiedenen Anwendungen. ANSYS Discovery ist eine benutzerfreundliche Softwareplattform, die es Ingenieuren ermöglicht, CFD-Modelle einfach einzurichten und zu lösen, und deren Fähigkeit, Designänderungen
In diesem Blog-Beitrag werden wir die Vorteile der CFD-Analyse in Ansys Discovery für die Konstruktion hervorheben, mit der Sie in der Anfangsphase der Produktentwicklung Zeit sparen können. Wir werden den Prozess der Einrichtung des Modells für die Fluid- und Wärmeanalyse sowie die Durchführung der CFD-Simulation mit den Modi Explore und Refine von ANSYS Discovery detailliert erläutern. Wir werden auch den Prozess der Netzverfeinerung besprechen und dabei die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen diesen Modi hervorheben. Darüber hinaus vergleichen wir die Möglichkeiten von ANSYS Discovery im Verfeinerungsmodus mit denen von ANSYS Fluent. Dann werden wir untersuchen, wie Sie parametrische Studien in ANSYS Discovery einrichten und verwenden können. Schließlich werden wir uns mit der konjugierten Wärmeübertragungsanalyse für die Fluiddomäne und die sie umgebenden festen Wände befassen. Jeder Abschnitt wird von Videos begleitet, die klare Beispiele liefern und die besprochenen Konzepte veranschaulichen.
1. Konfigurieren eines ANSYS Discovery CFD-Modells
In diesem Abschnitt werden wir uns mit der Einrichtung eines CFD-Modells im Modellmodus von ANSYS Discovery beschäftigen. Zunächst wählen wir ein vorgefertigtes Beispiel und passen die Geometrie an unsere Bedürfnisse an. Danach untersuchen wir die Geometrie auf Fehler und Defekte, nehmen die notwendigen Reparaturen mit den Discovery Design Tools vor und extrahieren das Volumen aus dem Volumenmodell, um die Fluiddomäne zu definieren. Als Nächstes legen wir die Randbedingungen fest, z. B. Einlass- und Auslassgeschwindigkeiten, Temperaturen und Druck, und legen die physikalischen Grundlagen des Problems fest, indem wir das Fluidmaterial auswählen, die Fluideigenschaften, die Anfangstemperatur usw. angeben.
2. Lösen des CFD-Modells in ANSYS Discovery: Erkundungsmodus
In ANSYS Discovery stehen Ihnen zwei Modi zum Lösen von CFD-Modellen zur Verfügung: Erforschen und Verfeinern. Im Modus Explore können wir schnell eine erste Lösung erhalten, ein allgemeines Verständnis des Strömungsverhaltens gewinnen und mögliche Probleme oder verbesserungswürdige Bereiche identifizieren.
Wir führen das CFD-Modell aus und zeigen Ihnen, wie Sie grundlegende Nachbearbeitungsaufgaben durchführen und die Strömungsmuster, Geschwindigkeitsverteilungen und Temperaturgradienten in der Domäne visualisieren können, indem wir Konturdiagramme, Vektoranimationen und Stromlinien erzeugen. So erhalten wir Einblicke in das Strömungsverhalten und können Regionen mit starker Durchmischung, Rezirkulation oder Wärmeübertragung identifizieren.
3. Verfeinerung des Netzes im Erkundungsmodus
Um die Genauigkeit unserer ursprünglichen Lösung im Explore-Modus zu verbessern, können wir das für die Diskretisierung der Geometrie und die Lösung der CFD-Gleichungen verwendete Netz verfeinern. Der Grad der Verfeinerung hängt von der gewünschten Genauigkeit und den verfügbaren Rechenressourcen ab.
In diesem Modell verwenden wir einige Vernetzungsfunktionen, wie Global Fidelity und Size Preview, um die Qualität des Netzes im gesamten Bereich zu verbessern. Wir haben eine Netzstudie durchgeführt, um zu verstehen, wie sich Netzdichte und Elementgröße auf die Ergebnisse auswirken können, z. B. beim Mischen von heißem und kaltem Wasser und bei der Bestimmung der maximalen Geschwindigkeit und Temperatur im Bereich.
4. CFD-Modell-Verbesserung: Verfeinerungsmodus
5. Parametrische Studie und Designmodifikation
Die Verwendung des Explore-Modus von ANSYS Discovery kann eine schnelle und intuitive Lösung sein, um fundierte Designentscheidungen für CFD-Modelle zu treffen. Außerdem können wir mit dem Explore-Modus eine Sensitivitätsanalyse durchführen, indem wir die Eingabeparameter ändern und ihre Auswirkungen untersuchen. Auf diese Weise können wir das Design optimieren und Schlüsselparameter identifizieren, die sich auf die Strömung und das Wärmeübertragungsverhalten auswirken.
Wir können eine parametrische Studie verwenden, um Bereiche mit Verbesserungspotenzial zu identifizieren und Designänderungen vorzunehmen, um die Leistung des CFD-Modells zu optimieren. In unserer parametrischen Studie passen wir Randbedingungen wie Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur sowie geometrische Merkmale des Modells als Schlüsselparameter in unserem CFD-Modell an. Wir erstellen Testfälle mit einer Reihe dieser Parameter und überprüfen die Verbesserung des Mischprozesses im CFD-Modell. Es ist wichtig zu wissen, dass eine Änderung der Geometrie in ANSYS Fluent und CFX nicht möglich ist. Daher benötigen wir ein separates CAD-Modellierungstool wie SpaceClaim, um die Änderungen vorzunehmen. Anschließend können wir das Modell an den ANSYS CFD Solver zurückgeben, um die neuen Modelle einzurichten und zu lösen. Mit ANSYS Discovery können wir jedoch alle Änderungen an der Geometrie und der Physik des Problems zusammen innerhalb des Programms vornehmen, was ein großer Vorteil ist. Wir brauchen das Programm nicht zu verlassen und alles wird in Discovery integriert und entwickelt.
Sobald wir Erkenntnisse aus der Analyse gewonnen haben, können wir die Geometrie verändern, die Randbedingungen anpassen oder die Systemkomponenten optimieren, um die gewünschten Leistungsziele zu erreichen. Dieser iterative Prozess ermöglicht es uns, unsere Entwürfe fein abzustimmen und optimale Ergebnisse zu erzielen.
6. Konjugierte Wärmeübertragungsanalyse
Im letzten Abschnitt untersuchen wir den Wärmeübergang im Flüssigkeitsbereich und in den umgebenden Festkörpern durch eine konjugierte Wärmeübergangsanalyse. Zusätzlich zu den Fluid- und Wärmebedingungen, die bereits für den Fluidbereich gelten, werden thermische Randbedingungen für die Krümmerwände eingeführt. Zunächst wenden wir die Wärmestrombedingungen auf die Festkörper an, erläutern den Aufbau für die Durchführung der konjugierten Wärmeübertragung in Ansys Discovery, lösen dann das Modell und zeigen die Ergebnisse im Explore-Modus. Dann untersuchen wir die Auswirkungen der Einführung neuer Materialien und neuer Wärmebedingungen in den Festkörpern und nutzen die in die Discovery-Analyse eingebetteten Monitore, um die Auswirkungen zu analysieren; wir ändern das Wandmaterial in eine Kupferlegierung und fügen anschließend eine Isolierung hinzu und beobachten, wie diese Änderungen die Ergebnisse beeinflussen. Wir schließen diesen Teil ab, indem wir den Aufbau und die Lösung des Modells im Verfeinerungsmodus zeigen, um einen umfassenden Einblick in die Analyse der konjugierten Wärmeübertragung in Ansys Discovery zu geben.
Indem wir die Leistungsfähigkeit von ANSYS Discovery nutzen, können wir das Potenzial freisetzen, den Entwurfsprozess zu transformieren und fluidische und thermische Produkte zu schaffen, die nicht nur effizient und zuverlässig, sondern auch wirklich innovativ sind.
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