Streszczenie
Inżynierowie wykorzystują analizę obliczeniowej dynamiki płynów (CFD) do badania i optymalizacji analizy przepływu płynów i wymiany ciepła w różnych zastosowaniach. ANSYS Discovery to przyjazna dla użytkownika platforma oprogramowania, która umożliwia inżynierom łatwe konfigurowanie i rozwiązywanie modeli CFD oraz umożliwia informowanie o modyfikacjach projektu
W tym poście na blogu podkreślimy zalety stosowania analizy CFD w programie Ansys Discovery do projektowania inżynierskiego, co może pomóc zaoszczędzić czas na początkowych etapach rozwoju produktu. Zapewnimy szczegółowy opis procesu konfigurowania modelu do analizy płynów i analizy termicznej, wraz z przeprowadzeniem symulacji CFD przy użyciu trybów eksploracji i udoskonalania ANSYS Discovery. Omówimy także proces udoskonalania tworzenia siatki, podkreślając podobieństwa i różnice pomiędzy tymi trybami. Ponadto porównamy możliwości ANSYS Discovery w trybie Refine z możliwościami ANSYS Fluent. Następnie zbadamy, jak skonfigurować i używać badań parametrycznych w ANSYS Discovery. Na koniec zagłębimy się w analizę sprzężonego przenoszenia ciepła dla domeny płynu i otaczających ją ścian stałych. Każdej sekcji będą towarzyszyć filmy wideo przedstawiające jasne przykłady i ilustrujące omawiane koncepcje.
1. Konfiguracja modelu CFD ANSYS Discovery
W tej sekcji omówimy konfigurowanie modelu CFD w trybie Model w ANSYS Discovery. W pierwszej kolejności wybieramy gotowy przykład i modyfikujemy geometrię pod nasze potrzeby. Następnie sprawdzamy geometrię pod kątem błędów i defektów, dokonujemy niezbędnych napraw za pomocą narzędzi Discovery Design i wyodrębniamy objętość z modelu bryłowego w celu zdefiniowania domeny płynu. Następnie określamy warunki brzegowe, takie jak prędkości wlotowe i wylotowe, temperatury i ciśnienie, a także ustalamy fizykę problemu poprzez wybór materiału płynu, określenie właściwości płynu, temperatury początkowej itp.
2. Rozwiązywanie modelu CFD w ANSYS Discovery: tryb eksploracji
W ANSYS Discovery dostępne są dwa tryby rozwiązywania modeli CFD: Eksploruj i Udoskonalaj. W trybie eksploracji możemy szybko uzyskać wstępne rozwiązanie, uzyskać ogólne zrozumienie zachowania przepływu i zidentyfikować wszelkie potencjalne problemy lub obszary wymagające poprawy.
Uruchomimy model CFD i pokażemy, jak wykonywać podstawowe zadania przetwarzania końcowego oraz wizualizować wzorce przepływu, rozkłady prędkości i gradienty temperatury w domenie, generując wykresy konturowe, animacje wektorowe i linie usprawnienia. Pozwoli nam to uzyskać wgląd w zachowanie przepływu i zidentyfikować obszary o dużym mieszaniu, recyrkulacji lub wymianie ciepła.
3. Udoskonalanie siatki w trybie eksploracji
Aby zwiększyć dokładność naszego początkowego rozwiązania w trybie eksploracji, możemy udoskonalić siatkę używaną do dyskretyzacji geometrii i rozwiązywania równań CFD. Poziom udoskonalenia zależy od pożądanej dokładności i dostępnych zasobów obliczeniowych.
W tym modelu używamy niektórych funkcji tworzenia siatki, takich jak Global Fidelity i Size Preview, aby poprawić jakość siatki w całej domenie. Przeprowadziliśmy badanie siatki, aby zrozumieć, jak gęstość siatki i rozmiar elementu mogą wpływać na wyniki, takie jak mieszanie gorącej i zimnej wody oraz określenie maksymalnej prędkości i temperatury w domenie.
4. Udoskonalanie modelu CFD: Tryb udoskonalania
5. Badanie parametryczne i modyfikacja projektu
Korzystanie z trybu eksploracji programu ANSYS Discovery może zapewnić szybkie i intuicyjne rozwiązanie pomagające w podejmowaniu świadomych decyzji projektowych dotyczących modeli CFD. Dodatkowo możemy użyć trybu Eksploracja do przeprowadzenia analizy wrażliwości poprzez zmianę parametrów wejściowych i sprawdzenie ich wpływu. Pozwala nam to zoptymalizować projekt i zidentyfikować kluczowe parametry wpływające na przepływ płynu i zachowanie wymiany ciepła.
Możemy wykorzystać badanie parametryczne do zidentyfikowania obszarów wymagających ulepszeń i wprowadzenia zmian projektowych w celu optymalizacji wydajności modelu CFD. W naszym badaniu parametrycznym dostosowujemy warunki brzegowe, takie jak prędkość przepływu i temperatura, a także cechy geometryczne modelu, jako kluczowe parametry naszego modelu CFD. Budujemy przypadki testowe z szeregu tych parametrów i sprawdzamy poprawę procesu mieszania w modelu CFD. Należy zauważyć, że modyfikacja geometrii nie jest możliwa w programach ANSYS Fluent i CFX, dlatego do wprowadzenia zmian potrzebujemy osobnego narzędzia do modelowania CAD, takiego jak SpaceClaim. Następnie możemy zwrócić model do solwera ANSYS CFD w celu skonfigurowania i rozwiązania nowych modeli. Jednak dzięki ANSYS Discovery możemy wspólnie dokonać wszystkich zmian w geometrii i fizyce problemu w programie, co jest ogromną zaletą. Nie musimy wychodzić z programu, a wszystko jest zintegrowane i opracowane wewnątrz Discovery.
Po uzyskaniu wniosków z analizy możemy modyfikować geometrię, dostosowywać warunki brzegowe lub optymalizować komponenty systemu, aby osiągnąć pożądane cele w zakresie wydajności. Ten iteracyjny proces pozwala nam udoskonalać nasze projekty i osiągać optymalne wyniki.
6. Analiza sprzężonego przenoszenia ciepła
W ostatniej części badamy wymianę ciepła w domenie płynu i otaczających ją ciałach stałych za pomocą sprzężonej analizy wymiany ciepła. Uwzględniamy termiczne warunki brzegowe dla ścian kolanek, oprócz warunków płynowych i termicznych już przypisanych do domeny płynu. Najpierw stosujemy warunek przepływu ciepła do ciał stałych, wyjaśniamy konfigurację prowadzenia sprzężonego przenoszenia ciepła w Ansys Discovery, a następnie rozwiązujemy model i pokazujemy wyniki w trybie eksploracji. Następnie badamy wpływ wprowadzenia nowego materiału i nowych warunków cieplnych na ciała stałe, wykorzystując monitory wbudowane w analizę Discovery do analizy skutków; zmieniamy materiał ściany na stop miedzi, a następnie dodajemy izolację, obserwując, jak te modyfikacje wpływają na rezultaty. kończymy tę część, prezentując konfigurację i rozwiązanie modelu w trybie Uściślij, aby zapewnić wszechstronną eksplorację analizy sprzężonego przenoszenia ciepła w Ansys Discovery.
Wykorzystując moc ANSYS Discovery, możemy uwolnić potencjał transformacji procesu projektowania, tworząc produkty płynne i termiczne, które są nie tylko wydajne i niezawodne, ale także naprawdę innowacyjne.