意义重大的仿真结果

作者: Andrew Hobbs,美国查塔努加市Astec公司首席CFD/DEM工程师

制造沥青装置的性能取决于多种不同工艺的相互作用。Astec已经显著提高了其准确仿真这些不同工艺的能力,从而产生了大量分散的数据,而工程师很难了解这些数据对现有设计问题的影响。通过把来自不同仿真工具和不同设计方案的结果综合在一起,Astec使这些数据获得了重要价值。采用ANSYS EnSight可以把动画、图形与注释合并到单个合成图像中。这样就能够为决策者提供改善产品性能所需要的全部信息。

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CFD simulation aggregate dryer

Astec aggregate dryer

Astec Industries公司一直努力提高用于生产沥青的集料干燥器的效率,以降低能耗和节约能源成本,从而为这个不断增长的行业中的客户提供更好的服务。直接观察正在运行的干燥器滚筒非常困难,因此仿真提供了试验新设计方案的最佳机会。Astec可提供整套连续与分批混合沥青设备,包括旋转滚筒集料干燥器,其每小时能够干燥数百吨湿集料岩石,以确保岩石不会与液态沥青凝固到一起。在滚筒内部,被称为刮板的成型料斗使集料保持运动状态,而刮板会产生下落的湿料烟幕,其由来自燃烧器的燃烧产物加热。该公司仿真此类复杂产品与工艺的能力得到大幅提高,原因如下:公司不仅具有一系列精度不断提高的物理模型、而且还能合并不同物理类型的仿真以更好地了解实际情况、同时还具有能够自动执行设计空间研究的设计探索工具以及高性能计算(HPC)功能。

在成功仿真复杂产品之后,仿真工程师往往需要面对的挑战是筛选和整理相关结果,以便为制定决策的工程师和管理人员提供最相关、最有意义的信息。为解决上述挑战,Astec采用ANSYS EnSight后处理软件整合来自不同软件包、不同物理场、不同设计方案和不同工况的多种结果,以显示相互作用情况并阐明相应设计问题。仿真用户利用EnSight能够把相关结果合并到单个图像中,以方便了解如何改进产品。

显示集料干燥器的仿真结果

Astec的集料干燥器的性能取决于燃烧器(负责加热进入干燥器的空气)的运行、空气流经干燥器的流型、空气在干燥器不同位置的温度与水分含量以及颗粒在干燥器内部由刮板驱动的运动情况。Astec采用ANSYS Fluent软件来仿真燃烧器以及空气通过干燥器的流动,同时采用EDEM离散元建模(DEM)软件查看干燥器内部的颗粒流动。该公司在过去十年发展了集成颗粒与流体耦合仿真的能力,以便通过动量、质量和热量在颗粒与液相之间的双向传递大幅提高精度。两种仿真都会产生大量关于颗粒与气体行为的信息。如果以原始状态查看,庞大的数据量经常很难解释需要哪些工作才能提高干燥器性能。

因此,Astec工程师采用EnSight把两个软件包的结果合并为图形,其可以显示流体流动与颗粒流动如何相互作用,从而有助于确定各种设计方案的性能。仿真工程师合并了两种信息,以产生更大的影响。工程师将一个显示颗粒通过滚筒时水质量分数减少的图形,叠加到另一个显示空气以相反方向通过滚筒并收集颗粒蒸发的水蒸气时相对湿度会增加的图形上。工程师另外还创建了一个图形,其显示了整个滚筒中颗粒的温度,该图形叠加到另一张显示干燥器内部空气温度的图像上。这些图形可帮助设计工程师了解如何合并颗粒与流体流动物理场,以确定干燥器性能,并指导设计工程师实现能够提高性能和降低能耗的改进操作,如:引导颗粒进入气体温度更高、更干燥的区域,以确保充分利用燃烧器的全部能量。

aggregate dryer simulation results

ANSYS EnSight合并集料干燥器的仿真结果,包括颗粒温度(左上)、颗粒水质量分数(右上)、气体温度(左下)和气体质量分数(右下)。

aggregate drying simulation

“ANSYS EnSight软件使工程师能够把最相关的仿真结果整合成图像,从而尽可能多地为设计决策者提供宝贵信息。”

显示燃烧器仿真结果

在空气进入干燥器之前负责加热空气的燃烧器也对能效有巨大影响。Astec仿真工程师采用ANSYS Fluent CFD软件评估设计方案的性能。在一个案例中,他们采用Fluent对比了椎体尺寸分别是5英寸和2.5英寸的燃烧器中的流体。Astec工程师通过把两个图形嵌入到流动分析结果中,从而总结出性能差异。第一个图形对比了两种设计方案沿纵轴的速度大小(轴向、径向和切向分量的组合);第二个图形显示了两个方案沿纵轴的最大切向速度。有策略地放置最相关的结果和注释内容有助于工程师制定快速、成功的设计决策。

集料干燥器对沥青装置的运营至关重要,其效率的提升可以直接降低干燥器整个工作生命周期的运营成本和排放。仿真有助于工程师更深入、更准确地了解干燥器,同时也可以避免物理测试相关的费用和研制周期。

ANSYS EnSight后处理软件使仿真工程师能够把最相关的仿真结果整合成图像,从而尽可能多地为设计决策者提供宝贵信息。最终能够获得更出色的设计决策,进而实现更高的产品性能。

EnSight results comparison

ANSYS EnSight可将速度与径向位置图嵌入到流动分析结果中。

ANSYS EnSight介绍

ANSYS EnSight后处理器可帮助工程师在CFD、FEA碰撞、电磁学、DEM、刚体以及其他仿真数据方面做出更明智的决策。这款独特的后处理软件能够:

  • 提供带有逼真输出的超高质量图像与动画分辨率;
  • 一次可读取多达32个模型,让您能够对比来自不同数据源或求解器的结果;

它使您能够:

  • 对比不同求解器或者同一求解器多次操作的结果;
  • 执行流固耦合与优化后处理;
  • 输入影像、照片与测试数据,以便通过仿真进行评估;
  • 在白天采用批处理与交互式操作进行探索,而EnSight在晚上执行批量后处理;
  • 显示多个视口,以便同时提供大规模概况和详细视图,或者同时研究多个模型;视图可以进行链接,以便通过众多视角轻松对比;
  • 针对具有10亿以上单元的问题获得高效分析与可视化功能;

作为一种可选功能, EnSight可利用庞大的数据集加速大型复杂瞬态仿真的可视化与动画显示过程;

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