CFX培训——软件介绍

CFX对小型电钻的散热模拟
应用案例：耦合模块
利用ANSYS 和CFX耦合计算的机翼颤振。ANSYS 和CFX最新 开发的双向流固耦合模块是解决这类气弹颤振问题的最优秀工具。
典型客户：国际
DAIMLERCHRYSLER
典型客户：国内
ANSYS CFX在国内的主要用户涉及如下行业：
• • • • • • • • 能源动力：国内大型汽轮机、大型电机、电力研究院等 核能工业：主要的几个核研究机构都在使用 CFX 石油化工： 大型的石油化工研究院 航空航天： 航空飞机主机所、发动机所、航天相关研究机构 建筑行业： 涉及建筑领域的设计院、高校等 冶金领域： 大型钢铁设计院、高校，有色冶金研究机构 船舶行业： 主要的船舶研究所 旋转机械： 包括水泵、风机、压气机、涡轮、汽轮机等研究机构
Temperature
NOx
应用案例：能源动力(2)
IRD燃料电池公司采用CFX模拟的燃料电池中氧浓度的分布。 他们选用CFX的目的是因为CFX丰富的物理模型和灵活的用 户子程序接口
管壳换热器的流线及温度分布。 CFX强大的全隐式耦合算法允许 其同时考虑管外流体、管内流体、以及 管壁部分的耦合传热。通过CFX的模拟， 能得到换热器内局部过热的具体位置， 为进一步改造提供了丰富的信息。
ANSYS CFX
ANSYS流体动力学仿真软件
提 纲 (OUTLINE)
• 产品背景 (Background) • 产品功能 (Functions) • 产品特色 (Features) • 应用案例 (Cases) • 典型用户 (Customers)
CFX背景
• CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD 软件 (英国AEA Technology 公司) CFX-4 (1970S) CFX-5 (1995) ANSYS CFX (2003) • 精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性 . • 航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、 生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域 .
●代数雷诺应力模型 ●微分雷诺应力模型 ●微分雷诺通量模型 ●SST（Shear Stress Transport ）模型 ●大涡模型 化学反应动力学 多孔介质 多组分流体 多相流分析 燃烧分析 自由表面 传热 ●粘性加热 ● 对流 ● 传导 ● 辐射传热
-Surface-to-Surface 法 -Gibbs 法 ●流固耦合传热 ■ 数值方法 ●基于有限元的有限体积方法 ●有限体积法 ● 全隐式的耦合算法 ●SIMPLE 和PISO 耦合算法 ●线性的或二阶时间差分 -混合差分 -迎风格式 -高阶迎风格式 -QUICK 格式 -CONDIF 格式 -TVD/MUSCL 格式 -CCCT 格式
独有的流固耦合
• 第一次由一个供应商提供一套完整的流固耦合解决方案 • 目前的绝对热点问题
电、磁、流体耦合
• 磁流体力学、电流体力学。 • 新的市场扩展点
压力
流体域 Physics Field 2
位移来自百度文库变形）
固体域 Physics Field 1
产品特色六
多层次二次开发
Expression User Functions User Routines
精准的分离模拟
应用案例：能源动力(1)
• • • • • • 美国公用事业部 200Mw前后墙燃煤锅炉 4排共24个燃烧器 6个燃烬风口 OFA 网格：312,000 单元 7 种工况
试验 4.2 2175 2358 250 2.5 模拟 8.6 2155 2388 234 2.72
未 烧 烬 炭 (% ) 平 均 出 口 温 度 (F) 最 大 出 口 温 度 (F) N ox(ppm v) 过 氧 量 (% )
应用案例：汽车
• • • • 具有高度燃料经济性装 置的外部空气动力学 CFX 在3个月内评估20 种不同车身形状 最终设计与试验有良好 的符合 气动效率改善了 20%
Courtesy of Universidade de Coimbra - Portugal
应用案例：建筑
帐篷式场馆模拟 优化帐篷形状 场馆内通风口设计 舒适度
产品特色：CFX
精确性,快速收敛性 强大的后处理 SPECIAL FEATURES
优秀的GUI WorkBench集成 多层次二次开发
双向耦合求解
产品特色一
精确性
� 独有的有限元和有限体积法优点的结合 � 先进的湍流模型：SST 模型、大涡模型、转捩模型… � CFD界首创的以高精度格式直接收敛的商业软件
产品功能（１）：CFX
• 各种流动（亚、跨、超, 高超） • 传热（导热、对流、辐射） 固体＋流体 • 多相流（欧拉、拉格朗日粒子示踪） • 燃烧和化学反应（多组分） • 旋转机械专用模块（turbo system） • 磁流体力学 • 流固耦合FSI （special）
产品功能（２）：CFX
强大的后处理功能CFX-POST
产品特色四
BladeModeler TurboGrid TurboPre
Workbench集成
旋转机械解决方案 TURBO SYSTEM
CFX Solver TurboPost Structural Extensions Mechanical Analysis
产品特色五
•德国 Boxberg 的VEAG 电厂 •单级效率提高2％ •总效率达到 48.5% •高压缸的比效率达到 94.2% •中压缸 96.1% •开发了3DSTM叶片 •工质范围，从未饱和蒸汽、饱和蒸汽 到过热蒸汽。
应用案例： 旋转机械(2)
北美的EMP公司采用CFX模拟的常规涡 壳水泵。 他们通过CFX模拟， 分析水泵内的分离区和回流区产生的原 因并加以改进，提高了水泵的效率。
应用案例：石油化工
• • • • • 澳大利亚联邦科学与工 业研究组织（CSIRO） CFX模拟的流化床内气 泡的形成和发展过程。 瞬态多相流模型 不同时刻气泡体积分数 分布 与试验的比较
试验流谱
CFX计算流谱
应用案例：钢铁冶金
•燃烧 •辐射 •温度场 •冷却管 •共扼传热
应用案例： 旋转机械(1) Siemens
应用案例：空调
• • • CFX模拟的汽车空调系统 36个风扇叶片周围的压力分布 CFX模拟能帮助汽车工程师： 1. 提高空调的效率， 2. 降低汽车空调噪音， 3. 改善空调气流的品质， 4. 整体上提高汽车的舒适程度。
应用案例：电子散热
CFX模拟的机箱内部的散热情况. CFX中的共扼传热模块对分析这类 问题有明显的优势. 对风扇来讲,CFX不用用户给出近似模型，而是 直接对散热风扇进行详细模拟，这是保证 整个模拟结果精确的重要环节。
• 非牛顿流体 • 各种湍流模型（RANS，SST，DES，LES） • 多重旋转坐标系 • 并行计算（MPI＋PVM） • 二次开发（CCL＋CEL＋UDF） • 强大的后处理功能（CFX－POST）
二维或三维流动 旋转坐标系 多重参考坐标系 定常或非定常流动 不可压或可压流动 浮力驱动流 非牛顿流 ● Bingham ● Bird-Carreau ● Cross ● Herschel-Bulkley ●Power Law 模型 ● User Fortran 湍流 ●k- ε模型 ●低雷诺数k- ε模型 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
谢 谢
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CCL 可以实现 ＣＦＸ 的批处理
应用案例：航空航天(1)
Rex = 30 million 一般的湍流模型
CFX转捩模型
Transition Red: Isosurface of reverse flow
Laminar Flow
先进的转捩、湍流模型 � 精确的阻力计算
应用案例：航空航天(2)
CFX模拟美国F22战斗机的结果，计算状态为马赫 Ma=0.9,攻角=5。260万个网格单元。 CFX模拟的升力、阻力及力矩系数都与实验值吻合的 很好。
图中显示的是法国电力公司(EDF)为莱茵河上 的KEMBS水电站设计的Kaplan 水轮机。 不增加整机压力损失的前提下，有余力 提高水轮机的流量。
应用案例： 船舶
•船行速度为4.03[knots]， •整船的计算阻力为43.9 [N] •实验结果为44.3[N] •误差几乎为1%， •计算采用了CFX的自由液面 模型 •用自适应网格技术来加密自 由液面的网格，从而更精确 地捕捉到自由液面
总
结
[Ansys ICEM CFD ＋ CFX � CFD模拟分析的完整解决方案 • 网格生成 -- Ansys ICEM CFD �消除了阻碍CFD分析效率的最大瓶颈！] • 流体计算分析 -- ANSYS CFX 精确性、 稳定性、 �第二代CFD分析求解器，同时解决了 分析求解器，同时解决了精确性、 精确性、稳定性、 快速性、物理问题的丰富性及易用性的问题 • 流固耦合 – Ansys CFD ＋ Structure 唯一从程序层面彻底解决FSI问题的商业软件系统 世界上唯一从程序层面彻底解决 �世界上
产品特色一
稳健的收敛性
• • 全隐式耦合多重网格求解器 第二代的新求解技术较传统方 法在计算速度上提高了1个数 量级 免去繁琐调试、节省计算资源 涡轮增压器, 跨音速流动, 140万节点
•
产品特色二
优秀的GUI
• 完全的WINDOWS风格， 树型目录 • 方便的快捷键
产品特色三(强大的后处理)