深度探索ANSYS Fluent基于任务的工作流程

作者:Erling Eklund,ANSYS首席软件研发人员

全新的ANSYS Fluent体验让工程师能够使用基于任务的工作流程来开展计算流体动力学仿真。这样可以确保任何人都能按照正确的步骤设置CFD仿真。在工作流程中遵循一些简洁的最佳实践,专家和新手用户都能更顺畅地使用ANSYS Fluent。

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fluid simulation with Mosaic meshing

“通过创建定制日志,为企业量身打造的高级Fluent 操作,从而扩展工作流程。”

借助全新的ANSYS Fluent,现在能比以往更轻松地为计算流体动力学(CFD)仿真的前处理步骤创建完全封闭的干净几何模型工作流程。用户可从单窗口Fluent界面或直接从ANSYS Workbench访问该工作流程。

以相对复杂的模型⸺电机的空气冷却为例,进一步展现简化该流程的九项最佳实践。

诀窍1:用于不完全封闭的脏几何模型的容错工作流程

容错工作流程可用于在不完全封闭(“缺陷”)的脏几何周围布置一个“封装器”,即一层覆盖几何表面缺陷的网格。这对汽车外气动力仿真分析特别有帮助,例如,有太多需要花费大量时间进行手动处理(如缝隙缝合、闭合孔等)的几何模型,可以用不完全封闭的脏几何容错工作流程进行快速处理,牺牲微小的一点仿真精确度,但可以节省大量时间。

watertight workflow

完全封闭的工作流树

 

诀窍2:使用SHARE TOPOLOGY创建外部流场域的边界

对于外流场仿真,如电机风冷仿真分析,可以在ANSYS SpaceClaim中围绕电机创建一个立方体,并使用共享拓扑功能创建外部流场域的边界。

共享拓扑将两个固体之间的所有重叠面合并成一个面。它还能解决立方体与电机任何部分之间的交叉问题。在Fluent中,流体域提取只是面网格操作的一部分被提取出来,提取的流体域为立方体与电机之间的区域。

advanced meshing options

加速网格划分的高级选项

 

诀窍3:在ANSYS SPACECLAIM中命名实体

在SpaceClaim几何结构中,在围绕电机几何模型的立方体的名称里包含“流体”,这样可以自动识别完全封闭的干净几何模型工作流程中的流体区域。此外,还可以为其它实体,如入口、出口和对称平面的名称添加描述性字符串,这样,在前处理阶段和仿真过程中ANSYS Fluent就可以更容易地对其进行跟踪。

Share topology definition

Share Topology无需执行布尔运算即可定义流动区域

 

诀窍4:使用本地FLUENT文件

将CAD模型导入至Fluent基于任务的工作流程时,软件会创建一个本地版本的、扩展名为.pmdb的文件。下次在导入同样的模型时,读取.pmdb文件检索几何模型的速度要比读取原始CAD几何文件检索几何模型更快。

使用.pmdb文件的另一优势在于,它与操作系统无关,因此如果需要也能在Linux里操作。

Fluent customer tasks

在工作流程中运行定制任务

 

诀窍5:加速CFD几何模型的表面网格划分

可以勾选某些表面网格选项以加快网格划分流程。在SpaceClaim中为所有实体加注标签,例如“入口”或“流体”(见使用技巧2),就不必用区域分离来确定Surface Mesh中的区域。

同时关闭Check Self-Intersection,该操作是检查模型的任何重叠面。在Share Topology功能的帮助下,就不再需要使用了。

创建可用于CFD分析的网格在过去需要数小时,而现在仅需几分钟就能完成。”

诀窍6:验证用于ANSYS FLUENT的CFD几何模型

在表面网格划分操作过程中,Fluent将边界类型定义为zones,将regions类型定义为体积。这些定义依据的是SpaceClaim中指定的实体名称。例如,名称为“gas-inlet”的边界分配的是“velocity-inlet”边界类型。

作为最佳实践,在划分体网格之前应验证边界类型和区域类型是否分配正确。根据需要修改边界或区域的名称和类型。选择多个名称并右键点击可将多个边界或区域修改为相同类型。仅需记住的是在完成所有边界类型的验证后点击Update即可。

geometry verification

在验证几何模型时,完成区域名称或类型的修改后点击Update

 

诀窍7:使用MOSAIC实现CONFORMAL体积网格划分

在体积网格划分开始时,Fluent会在边界层上创建一层精细网格。然而,要在整个体上保持精细网格会导致计算成本高昂。使用Mosaic网格划分技术可以用最佳的网格类型体来填充体网格和边界网格直接的区域。

首先,在Create Volume Mesh面板中添加边界层,这些边界层只会添加到流体区域的壁面上。然后,充分运用各种Conformal体积网格划分方法,例如四面体、六面体核心、多面体和Poly-Hexcore。要使用最新的Mosaic网格划分技术,选择Poly-Hexcore即可。

此时,标准完全封闭的干净几何模型工作流程已经完成,模型可以进行网格划分。在必要时还可以向基于任务的工作流程插入更多任务,比如进一步细化体网格、调整某些标准变量控制网格质量等。

通过创建定制日志可以扩展完全封闭的几何模型工作流程,这些定制任务执行的高级Fluent操作并专为特定企业量身打造的。您可以联系ANSYS技术支持部门,获取所需的用户命令来设置定制日志。

Mosaic meshing

“使用多核并行加速Mosaic Poly-Hexcore网格划分,生成速度提升高达10倍。”

诀窍8:使用并行处理加速网格生成

使用并行处理能够提升Mosaic多-六面体核心网格生成速度,提升速度高达10倍。您在笔记本电脑或集群上可使用多达64个核并行,且无需HPC授权。

fault-tolerant workflow

容错工作流程使用包裹器加快不完全封闭的脏几何模型的网格划分速度
几何模型图片由慕尼黑工业大学提供

 

诀窍9:随时编辑和共享网格划分工作流程

完全封闭的干净几何模型网格划分工作流程的最大优势在于,能够随时保存、返回和编辑工作流程。在基于任务的工作流程早期可以轻松修改任务,即便在几何模型网格划分的最后阶段也能修改。

如果工作流程令人满意,可以保存工作流程并与团队成员进行共享。对类似模型使用基于任务的工作流程时,可让团队成员在电机或其它产品的网格划分上领先一步。

完全封闭的干净几何模型工作流程还可以通过脚本构建,然后通过Fluent求解器运行脚本来自动生成网格。要创建该脚本,使用Start Journal功能,Fluent会随着工作流程的进展自动记录脚本。

新的完全封闭的干净几何模型网格划分工作流程能大幅减少时间。创建可用于CFD分析的网格在过去需要数小时,而现在仅需几分钟就能完成。

Mosaic meshing

节省宝贵时间

这些最佳实践有助于用户腾出宝贵的时间来解决更多复杂工程难题,而不是用于设置仿真工具来解决这些难题。在未来的流体仿真项目上您不妨一试。

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