ansys進行cfd的案例
使用ANSYS進行CFD流體力學計算的技巧
使用ANSYS進行CFD流體力學計算的技巧
關于計算流體力學主要有以下幾個主要問題大家比較關心
一、 關于瞬態計算的問題：
計算瞬態設置參數與穩態不同，主要設置的參數為：
1． FLDATA1,SOLU,TRAN,1 設置為瞬態模式
2． FLDATA4,TIME,STEP,0.02, 自定義時間步時間間隔0.02秒
3． FLDATA4,TIME,TEND,0.1, 設置結束時間0。1秒
4． FLDATA4,TIME,GLOB,10, 設置每個時間步多少次運算
5． fldata4a,time,appe,0.02 設置記錄時間間隔
6．SET,LIST,2 查看結果
7．SET,LAST 設為最后一步
8．ANDATA,0.5, ,2,1,6,1,0,1 動態顯示結果
以上為瞬態和穩態不同部分的設置和操作，特別是第五步。為了動態顯示開始到結束時間內氣流組織的情況，還是花了我們很多時間來找到這條命令。如果你是做房間空調送風計算的，這項對你來說非常好，可以觀察到從開空調機到穩定狀態的過程。
二．關于建模的問題
大家主要關心的建模問題是模型的導入和導出，及存在的一些問題。這些問題主要體現在：
1． AUTOCAD建模導出后的格式與ANSYS兼容的只有SAT格式。PROE可以是IGES格式或SAT格式。當然還有其它格式，本人使用的限于正版軟件，只有上述兩種格式。SAT格式可由PROE中導出為IGES格式。ANSYS默認的導入模型為IGES格式的圖形模型。
2． 使用AUTOCAD一般繪制界面比較復雜的拉伸體非常方便。如果是不規則體，用PROE和ANSYS都比較方便，當然本人推薦用ANSYS本身的建模功能。對于PROE，因為它的功能強大，本人推薦建立很復雜的模型如變截面不規則曲線彎管（如血管）。
3．
展開 使用ansyscfx進行凸輪泵CFD仿真 ￥5
您可以積極為此項目做出貢獻：教程 |使用 ANSYS CFX 進行凸輪泵 CFD 仿真。協作并分享您的見解。
使用 ANSYS CFX 項目進行凸輪泵 CFD 仿真
要觀看完整教程，請參閱視頻（右側）。本教程所需的網格文件已附后。還附有 pdf 格式的深入文本教程可供下載。本瞬態 CFD 教程分步演示如何使用 ANSYS CFX 模擬流經凸輪泵的流量
ICEM CFD為ANSYS APDL進行前處理
雖然說ICEM CFD可以無縫輸出至ANSYS APDL中，但是很多人還是不適應ICEM CFD的前處理方式（事實上我也不適應）。但是利用ICEM CFD劃分的網格導出至ANSYS APDL中是不會保留幾何信息的，所導出的信息只包含網格節點及單元信息。因此，若想在APDL中施加邊界條件的話，則需要在ICEM CFD中進行額外的設置。
實際上，ICEM CFD提供了一些功能以幫助我們進行邊界定義，最主要的方式是利用part的分組功能。
利用part可以將劃分的網格進行分組處理。放置于part中的單元導出至APDL中會被識別為component，這樣在施加載荷時可以通過選擇component的方式進行加載。
本例使用ICEM CFD進行模型網格劃分、載荷施加，然后導出計算文件至APDL中進行計算。
1、導入模型并創建PART
簡單起見，本例使用一個非常簡單的幾何模型。幾何模型尺寸（1x2x12），幾何約束等如下圖所示。
圖1 幾何描述
2、創建part
創建3個part放置幾何體的面，固定約束面的part為fixed，壓力面pres，其他面walls。
3、創建網格
這里由于幾何簡單，我們使用六面體網格進行劃分。詳細網格劃分過程不再累述。分塊完畢后通過file> mesh > load from blocking生成網格。生成網格如下圖所示。
圖2 網格
4、定義材料屬性
進入Properties標簽頁，選擇create material property按鈕，本處計算線彈性，只需要輸入彈性模量與泊松比即可。設置彈性模量2.1e11Pa，泊松比0.3，如下圖所示。
展開 干貨 | ANSYS軟件在海洋海工領域的應用
其中，細長桿梁結構可直接采用ANSYS Mechanical直接進行受力分析，大體積結構的整體性能評估采用ANSYS Aqwa進行水動力分析，復雜波浪載荷下的詳細結構性能評估采用ANSYS CFD進行流體流動分析。
當海工結構體的特征尺寸小于最小波長的五分之一時，通常可把該結構看為細長類結構，可以采用Morison方程等波浪理論去生成載荷譜，在ANSYS Mechanical中直接進行應力、變形分析，如海工桿梁支架結構的強度與疲勞壽命計算。
細長桿梁ANSYS Mechanical結構強度分析
對于船舶、潛艇、大型容器等大尺度海工結構體，必須考慮結構體與波浪直接的相互耦合作用，對于整體性能的分析，可采樣ANSYS Aqwa基于波浪的輻射衍射進行水動力學計算，可用于模擬海工多體系統停泊，海工結構耐波性，動力定位系統，港口防波性，海工結構連接、卸載、斷開場景，水上水下安裝，海上抬升和運輸等工況。
潛艇類結構ANSYS Awqa水動力分析
復雜波浪載荷下的詳細結構性能評估，需要模擬海水波浪沖擊海工平臺等結構的壓力分布狀況，獲得精確的載荷值，用于細節結構的強度和疲勞壽命仿真計算，需采用ANSYS CFD進行流動模擬分析，計算結構各方向的力載荷，拖曳力、升力等參數，再結合ANSYS Mechanical進行受力分析。
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ANSYS軟件在海洋海工領域的應用
其中，細長桿梁結構可直接采用ANSYS Mechanical直接進行受力分析，大體積結構的整體性能評估采用ANSYS Aqwa進行水動力分析，復雜波浪載荷下的詳細結構性能評估采用ANSYS CFD進行流體流動分析。
當海工結構體的特征尺寸小于最小波長的五分之一時，通常可把該結構看為細長類結構，可以采用Morison方程等波浪理論去生成載荷譜，在ANSYS Mechanical中直接進行應力、變形分析，如海工桿梁支架結構的強度與疲勞壽命計算。
細長桿梁ANSYS Mechanical結構強度分析
對于船舶、潛艇、大型容器等大尺度海工結構體，必須考慮結構體與波浪直接的相互耦合作用，對于整體性能的分析，可采樣ANSYS Aqwa基于波浪的輻射衍射進行水動力學計算，可用于模擬海工多體系統停泊，海工結構耐波性，動力定位系統，港口防波性，海工結構連接、卸載、斷開場景，水上水下安裝，海上抬升和運輸等工況。
潛艇類結構ANSYS Awqa水動力分析
復雜波浪載荷下的詳細結構性能評估，需要模擬海水波浪沖擊海工平臺等結構的壓力分布狀況，獲得精確的載荷值，用于細節結構的強度和疲勞壽命仿真計算，需采用ANSYS CFD進行流動模擬分析，計算結構各方向的力載荷，拖曳力、升力等參數，再結合ANSYS Mechanical進行受力分析。
ANSYS Fluent海工平臺海水外流場分析
ANSYS Mechanical Enterprise產品可以進行海工結構受力分析、水動力分析，可以解決海工結構靜強度靜剛度、屈曲、蠕變、動態振動、沖擊碰撞、疲勞壽命以及水動力等工程問題。
展開 干貨 | ANSYS瞬態CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
由于CFD分析的計算量一般比較大，工程師往往都是盡可能地對研究對象進行穩態工況分析，這樣可以在很大程度上提升研發效率。但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結構，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應的影響，入口射流會有偏向一側曲面的趨勢，而結構又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側。當流體偏向某一側的時候，由于結構存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產生干擾，使得射流偏向另一側。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉狀態之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態現象，需要進行瞬態分析。
圖1 流體自控振蕩器結構圖
瞬態分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩態分析的初始值不同，瞬態分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態現象在0時刻的物理狀態，對于流動內部自發的瞬態現象，可以先求解一個穩態解作為瞬態分析的初始值。
2、 合理設定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩態模型設置的過程求解出一個穩態解。
展開 干貨 | ANSYS瞬態CFD分析方法—流體自控振蕩器的仿真
由于CFD分析的計算量一般比較大，工程師往往都是盡可能地對研究對象進行穩態工況分析，這樣可以在很大程度上提升研發效率。但實際中，由于物體運動、邊界條件改變或流動自身特性等原因，流動現象都是隨時間變化而變化的，這就必須進行瞬態CFD分析。今天我們就以流體自控振蕩器為例來了解下如何使用ANSYS進行瞬態CFD分析。
圖1顯示的是一個振蕩器結構，為了減少計算量，我們采用2D模型來分析。由于康達效應的影響，入口射流會有偏向一側曲面的趨勢，而結構又是對稱的，因此射流一開始會隨機偏向任意一側。當流體偏向某一側的時候，由于結構存在反饋回路（紅色虛線），反饋流體會對入口射流產生干擾，使得射流偏向另一側。這樣，即使在入口射流流量不變的條件下，射流將會在兩個偏轉狀態之間不斷來回切換，出口處就形成了交替出流的情況。這是一個明顯的瞬態現象，需要進行瞬態分析。
圖1 流體自控振蕩器結構圖
瞬態分析有兩點是需要特別注意的：
1、 合理給定初始值。與穩態分析的初始值不同，瞬態分析的初始值是有實際物理意義的，表示瞬態現象在0時刻的物理狀態，對于流動內部自發的瞬態現象，可以先求解一個穩態解作為瞬態分析的初始值。
2、 合理設定時間步Δt。如果周期T已知，那么Δt< T/20，如果T未知，那么
其中L為特征網格長度，V為特征速度。
所以，我們先按穩態模型設置的過程求解出一個穩態解。
展開 Ansys祝賀紅牛車隊勇奪一級方程式世界錦標賽冠軍
Ansys 祝賀車手Max Verstappen和本田公司紅牛車隊奪得2021賽季F1世界錦標賽冠軍
由于每個團隊的目標都是為每條賽道設計出最安全、速度最快的賽車，加上奪冠的競爭極其激烈，仿真對于本田紅牛車隊發揮著重要作用，而且空氣動力學仿真的魯棒性和預測準確度至關重要。
為了應對這些挑戰，本田紅牛車隊選擇采用Ansys業界一流的仿真解決方案，諸如使用Ansys CFD進行空氣動力學和底盤冷卻電路研究、使用Ansys Granta MI進行材料數據管理和優化，以及使用Ansys LS-DYNA進行虛擬碰撞測試與影響研究。
本田紅牛車隊的首席信息官Matt Cadieux表示：“我們會繼續進行基準測試，以確保使用業界最佳的工具，同時我們還堅信，與Ansys的緊密合作能夠幫助我們保持領先優勢。通過將Ansys技術集成到設計流程中，團隊可以更快地迭代設計，獲得在賽道上擊敗競爭對手的優勢。”
最近的這場勝利是該團隊在2010-2013賽季連續四年贏得世界冠軍。
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler稱：“我們為合作伙伴和客戶提供最準確可靠而且穩健的仿真解決方案，從而幫助他們在研發和其他工作方面中脫穎而出。此次本田紅牛車隊獲得的這場勝利，對于我們而言也是一種成功。我們很自豪和該團隊合作，并與他們共同慶祝勝利。”
在本田紅牛車隊備戰2022賽事之際，Ansys期待繼續在其設計周期中幫助提高效率及預測準確度，為其日后賽道奪冠奠定堅實的基礎。
展開 仿真案例｜使用Ansys CFX提高真空吸塵抽風機效率
從計算結果中可以得到非常詳細的信息， 這些信息可以用來與實驗研究中得到的相應結果進行比較。在LSTM-Erlangen有一個完整的試驗臺，以便對徑向鼓風機進行數值和實驗研究。
真空吸塵器風扇的詳細模擬圖：包括葉輪、擴散器、排絲葉片和電機
LSTM-Erlangen專門從事真空吸塵器中使用的壓縮機，具有非常高的轉速，通常從30,000轉/分到50,000轉/分。
在對實際風機進行測量和仿真后，確定改進的設計目標。這些目標一般包括在相同的壓力和流量下實現更好的效率。以一個完整的新設計為目標時，進行全系統逆平均線設計，將葉輪、擴壓器和脫螺旋葉片視為一個單元，而非單獨的。此外，還考慮了風扇將在其中運行的系統，這樣風扇將與吸塵器的運行條件完美匹配。利用Ansys CFX對ITER風機進行CFD模擬計算,通過反向全系統平均線設計,使ITER風機的設計達到規范要求成為可能。通過這種方式，LSTM-Erlangen公司有可能將真空吸塵器風扇的效率提高10%以上。Ansys CFX的一個有價值的特性是power語法，它允許使用內聯Perl命令編寫后處理腳本。我們用這種方法獲得了驗證所需的機器內部流動的精確信息，并改進了逆全系統平均線設計。
ANSYS ICEM CFD網格生成
最后，通過仔細詳細的Ansys CFX模擬驗證和改進了設計，幾乎沒有構建昂貴原型的風險。
然后在LSTM-Erlangen的試驗臺上進行了實驗研究，并將研究結果與改進后的風機規格和CFD計算結果進行了比較。詳細的全系統仿真結果與試驗臺上的測量結果吻合得很好。
LSTM試驗臺測量與ANSYS CFX仿真的比較
如果需要進一步開發，則進行修改。經過周密的設計和Ansys CFX的CFD驗證和改進，很少需要進行額外的修改。
展開 仿真案例｜提高真空吸塵抽風機效率
經過周密的設計和Ansys CFX的CFD驗證和改進，很少需要進行額外的修改。
Ansys祝賀紅牛車隊勇奪一級方程式世界錦標賽冠軍
為了應對這些挑戰，本田紅牛車隊選擇采用Ansys業界一流的仿真解決方案，諸如使用Ansys CFD進行空氣動力學和底盤冷卻電路研究、使用Ansys Granta MI進行材料數據管理和優化，以及使用Ansys LS-DYNA進行虛擬碰撞測試與影響研究。
本田紅牛車隊的首席信息官Matt Cadieux表示：“我們會繼續進行基準測試，以確保使用業界最佳的工具，同時我們還堅信，與Ansys的緊密合作能夠幫助我們保持領先優勢。通過將Ansys技術集成到設計流程中，團隊可以更快地迭代設計，獲得在賽道上擊敗競爭對手的優勢。”
最近的這場勝利是該團隊在2010-2013賽季連續四年贏得世界冠軍。
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler稱：“我們為合作伙伴和客戶提供最準確可靠而且穩健的仿真解決方案，從而幫助他們在研發和其他工作方面中脫穎而出。此次本田紅牛車隊獲得的這場勝利，對于我們而言也是一種成功。我們很自豪和該團隊合作，并與他們共同慶祝勝利。”
在本田紅牛車隊備戰2022賽事之際，Ansys期待繼續在其設計周期中幫助提高效率及預測準確度，為其日后賽道奪冠奠定堅實的基礎。
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仿真案例｜使用Ansys綜合設計提高曝氣壓縮機的效率
7 利用Ansys CFD進行的三維流動模擬使大陸工業公司得以改善離心壓縮機的性能
8 通過壓縮機的總壓力變化對葉輪進行了模態分析
9 對壓氣機葉片的應力場進行了模擬，以保證其可靠性
如何提高曝氣壓縮機的效率，節約成本和能源？
他們將幾何形狀導入Ansys DesignModeler后，Ansys網格平臺生成泵殼套管流體體積內的網格，Ansys TurboGrid自動生成所有葉片部件--進氣導葉、葉輪和擴壓器的六面體網格。利用Ansys CFX計算流體力學(CFD)軟件最大限度地降低擴散器和泵殼的流動損失。工程師們利用Ansys DesignXplorer進行了另一個約有250個設計的實驗，對系統進行了重新優化。
利用CFX計算得到展向的壓力場
通過壓縮機的總壓力變化
| 結構設計
為評估葉輪、輪和其他機械部件的應力水平和變形，還使用lAnsys Workbench將Ansys CFD的壓力和溫度預測與Ansys Mechanical連接起來。結構模擬揭示了初始葉輪設計經歷了超過葉輪材料屈服強度的應力值，因此增加了葉片厚度，確保可靠性。在三種質量流率下進行了額外的CFD計算，檢驗新設計。利用Ansys Mechanical提供的葉輪變形結果，避免葉輪葉尖與護罩的接觸。對旋轉葉輪的振動特性進行了模態分析，確保其在正常工作條件下不會產生任何共振頻率。
通過在三個不同的階段對壓縮機進行優化的綜合設計過程，新型壓縮機比上一代提升了2%到5%的效率。新型壓縮機可以在保持恒定壓力的同時改變流量，通過將流量降低到工藝所需的最低水平，從而節省更多的能源。
利用Ansys CFD進行的三維流動模擬改善離心壓縮機的性能
通過壓縮機的總壓力變化對葉輪進行了模態分析
對壓氣機葉片的應力場進行了模擬，以保證其可靠性
文章來源：上海安世亞太
展開 仿真案例｜提高曝氣壓縮機的效率，有效節約成本和能源
利用Ansys CFX計算流體力學(CFD)軟件最大限度地降低擴散器和泵殼的流動損失，工程師們利用Ansys DesignXplorer進行了另一個約有250個設計的實驗，對系統進行了重新優化。
利用Ansys CFX計算中跨壓力場
通過壓縮機的總壓力變化
結構設計
為評估葉輪、輪和其他機械部件的應力水平和變形，工程師還使用Ansys Workbench將Ansys CFD的壓力和溫度預測與Ansys Mechanical連接起來。結構模擬揭示了初始葉輪設計經歷了超過葉輪材料屈服強度的應力值，因此工程師增加了葉片厚度，確保可靠性。在三種質量流率下進行了額外的CFD計算，檢驗新設計。利用Ansys Mechanical提供的葉輪變形結果，避免葉輪葉尖與護罩的接觸。對旋轉葉輪的振動特性進行了模態分析，確保其在正常工作條件下不會產生任何共振頻率。
通過在三個不同的階段對壓縮機進行優化的綜合設計過程，大陸工業公司的工程師能夠提供比該公司上一代廢水處理離心壓縮機高2%到5%的效率。新型壓縮機可以在保持恒定壓力的同時改變流量，通過將流量降低到工藝所需的最低水平，從而節省更多的能源。Continental Industrie還在這一過程中產生了實質的成本節約，因為整個設計是由一個三人團隊完成的，而且第一臺樣機符合公司的性能要求。
利用Ansys CFD進行的三維流動模擬使大陸工業公司得以改善離心壓縮機的性能
通過壓縮機的總壓力變化對葉輪進行了模態分析
對壓氣機葉片的應力場進行了模擬，以保證其可靠性
展開 【推薦】玩轉數字孿生
后來得益于計算機的高速發展，現在物理孿生對象從行為上可以用計算機系統進行模擬代替。在高保真度的系統模型中，物理孿生對象能夠通過三維的CAE仿真的降階加入到一維系統之中，代替理想模型來高度還原產品的物理特征。
舉例而言，如我們要利用ANSYS Twinbuilder創建高保真度的水泵系統數字孿生，其流程如下：
■ 搭建Twinbuilder （Modelica）理想系統模型；
■ 使用ANSYS CFD 進行泵的3D物理場仿真；
■ 使用Twinbuilder的ROM Builder對3D物理模型進行降階處理，并創建ROM模塊。此舉可大大降低計算時間，并同時保證計算精度，使虛擬的時間能夠匹配真實的物理時間；
■ 在系統中加入降階模型，添加控制，封裝代碼，創建面板
▲水泵系統數字孿生創建流程
界面的創建與使用，水位高度的監測，開關閥門、泵的轉速調節，泵容易發生氣蝕的警報
當然我們可以通過Twinbuilder的元件庫、Twinbuilder的控制元件庫、外部代碼等更多部件的降階模型對系統進行封裝，來創建更復雜、更大、更全面的系統，來涵蓋系統中各種產品關于結構、流體、熱、電磁等特性。
利用數字孿生進行優化
最后關于優化，可利用數字孿生中的數據并結合優化軟件如Optislang、Optimetrics等，甚至AI對部件、系統的運維進行優化。
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