Ulepszony projekt inżynieryjny firmy ANSYS Discovery do analizy CFD

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Join the Forum Now

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.


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

Tryb udoskonalania ANSYS Discovery może służyć do poprawy dokładności i szczegółowości modeli CFD oraz uzyskania bardziej precyzyjnych wyników niż w przypadku trybu eksploracji.
Lokalne udoskonalenie siatki można osiągnąć za pomocą Local Fidelity, co pozwala nam skupić się na konkretnych częściach domeny, którymi jesteśmy zainteresowani i uzyskać tam dokładniejsze zachowanie przepływu. Możemy również kontrolować schematy siatki domeny pod względem krzywizny i bliskości, co może zwiększyć niezawodność naszej symulacji, szczególnie podczas przewidywania wartości, takich jak spadek ciśnienia lub przenikanie ciepła. w t
w tym trybie dostępne są informacje o siatce dla elementów i węzłów siatki, a także wskaźniki jakości siatki, takie jak ortogonalność siatki i współczynnik proporcji.

Korzystając z trybu udoskonalania, mamy większą kontrolę nad rozwiązaniem, między innymi wybierając modele turbulentne, ustalając kryteria zbieżności, zmieniając reszty i ustawiając krok czasowy w symulacji stanu nieustalonego. Co więcej, obliczenia GPU są dostępne zarówno w trybach Eksploruj, jak i Udoskonalaj w wersji ANSYS Discovery 2023R2. Dodatkowo ANSYS 2023R2 oferuje opcje tworzenia siatek czworościennych i wielościennych. Tryb Udoskonalanie w ANSYS Discovery może zapewnić bardzo dokładne wyniki symulacji CFD, porównywalne z wynikami uzyskanymi z ANSYS Fluent i CFX. Jednak rozwiązanie ANSYS Discovery jest znacznie szybsze i prostsze w konfiguracji w porównaniu z innymi solwerami CFD w ANSYS.
Ogólnie rzecz biorąc, tryb udoskonalania w ANSYS Discovery umożliwia nam dostrajanie modeli CFD, osiąganie wyższych poziomów dokładności i zyskanie większej pewności co do uzyskiwanych wyników. Może to znacznie przyspieszyć procesy projektowania inżynieryjnego i rozwoju produktu.

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.


Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Join the Forum Now

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.