【ANSYS 17】更快、更好的计算流体动力学

 
新工具帮助避免错误的连接，提高效率。

• 抑制多余的CAD对象

ANSYS一直致力于简化网格创建、物理前处理和求解器设置的复杂流程。其目的是通过在仿真流程各个阶段创造更智能的用户体验，缩短问题设置的总时间。 另一个目的是通过提供改进的默认设置及求解器鲁棒性，减少客户执行仿真所需的先验知识。脚本化的自动网格剖分通过将ANSYS SpaceClaim Direct Modeler与Fluent Meshing结合在一起显著加速该过程，从而在最小干预的情况下准备模型并生成网格。

脚本化的自动最终表面网格（图片由Volvo提供）

本地多面体网格

与连续的四面体网格生成以及在Fluent求解器中系列的多面体转换相比，使用多面体直接生成网格的效率可能会非常高。与转换相比，典型模型所需的存储器容量可减少2到3倍，完成速度可提高2到3倍。当部分或全部四面体网格在之前的流程中转换失败时，这种方法可避免返工。

脚本化的自动最终体网格(图片由Volvo提供)

现在，您可通过更快、更直观的工作流程使用体网格填充一个或多个区域。受支持的网格类型包括四面体或六面体核心，无论是否包含棱柱，都可使用本地设置。

在具有八个并行节点的情况下，使用主惯性轴方法分区可改善速度性能，与连续的棱柱生成相比速度提高2到3倍。例如，具有700万棱柱和570万四面体网格的起落架模型，使用八个数据处理机时可在3.6分钟内完成，而使用连续方法需要6.4分钟，在ANSYS 16.0中需要10.55分钟。

具有810万个单元的起落架详细信息。本地多面体使网格剖分时间减少38%。

 

T连接区域已使用根据区域变化的网格自动填充

重叠网格

客户希望能够仿真内部组件彼此相对移动的复杂几何结构。重叠网格可提供一种高效求解方法，超越了使用动态变形网格（MDM）功能的仿真。

• k-epsilon和SST k-湍流模型

17.0版的试用功能：动态网格、可压缩流、有表面张力的VOF、压力远场BC、Workbench支持、基于压力的隔离算法。

网格变形器/优化器

– 图形窗口可以全屏显示

• 在使用基于压力的求解器时可使用弯曲面梯度校正选项。这对具有十分不平整面或单元质心位于单元外的六面体或多面体单元非常有用。

ANSYS Fluent不断打破之前的仿真世界记录，现已扩展到129,000个计算内核，且运行效率高达90%。因此，即使是最大的仿真模型也可提供快速及时的结果。由于对分区、通信和AMG求解器的进一步优化，Fluent求解器已经展现出前所未有的扩展性能与效率，可充分满足并行处理和模型复杂性的要求。此外，针对滑动界面交叉和负载平衡的优化算法，可为MDM和滑动网格案例带来改善的扩展能力。比如刹车片、发动机曲轴箱润滑模型和内燃机（ICE）案例等。例如，160万单元的ICE案例在384个内核上并行效率提高到55%。最后同样重要的是，案例/数据IO时间通过HDF5格式得到显著缩短。

在劣质网格上，弯曲面梯度校正的结果与优质网格的结果更加贴近

这些HPC改进并非只针对极端案例。通过优化通信和去除妨碍案例读取和并行构建的瓶颈，较小的案例和HPC集群（尤其是2000个核以上的集群）将大获裨益。包括分区和邻域创建在内的HPC设置可加快30倍。由于所有读/写阶段的输入/输出时间缩短，HDFIO得以增强。写入时间也得到最显著的改善。

Fluent中的一些滑移与变形网格案例获得了显著提速，包括有额外物理场出现的情况。具体改进包括邻域优化、滑动界面优化和并行求解器优化等。例如，曲轴箱润滑仿真加快85%，气缸内燃烧仿真加快55%。

针对耦合求解器，Fluent现在默认使用保守的网格粗化。该功能尤其有助于具有本地多面体网格和/或高度拉伸单元的案例。这种代数多网格求解器现在自动为线性系统重新排序，以确保多个单元域的正确顺序。两大修改让Fluent的收敛速度显著提高。对200次迭代后解仍然不能收敛的案例，在进行上述修改后Fluent会在94次迭代后实现收敛。

虽然超出了本文的内容范围，Fluent 17.0持续挑战极限，增加了很多新模型和功能，能够在一系列最广泛的应用内精炼和改善仿真结果。明显改进包括反应流、应力-BSL湍流模型和航空-振动-声学。包面梯度校正功能针对具有弯曲面的情况改善了收敛和结果。伴随设计工具现支持边界面、预定义的旋转/平移/缩放以及约束检查，可对更广泛的几何结构进行精心优化。

• 更灵活的监测器和定制场检测功能

客户越来越多地需要在大型复杂网格上运行瞬态流体仿真，但这样做会产生大量的数据，大大多于后处理过程中开展结果分析所需的数据。利用ANSYS 17.0，Fluent和ANSYS CFX用户可选择输出并保存选定的结果到任意指定的表面（等值表面、等值剪裁、STL表面），这就为管理和减少CFD-Post后处理生成的数据提供了另一种方法。现在不仅能指定“对象”和“时间”，还能指定“位置”，从而能显著减少所生成的数据量。由此，该功能不仅可大幅节省数据存储空间（有时高达90%），还能显著加速CFD-Post中瞬态结果的后处理。在此之前，一些用户很容易就把磁盘填满了生成的数据，而且没有任何规避办法。这个问题现已得到完美解决。

8.3亿个单元的燃烧器模型在NERSC Edison XC30集群上从768个内核扩展到129,024个内核

用户现在可以在.stl格式中导入和导出几何结构定义。这样用户导入环境几何结构，更精确地定义后处理位置，从而改善图像的质量。此外，用户还能导出任何用于其他用途的表面定位器，例如Fluent中的表面。

在ANSYS 17.0的帮助下，每位工程师都可以更方便地使用Fluent获得充分验证的结果。覆盖整个工作流的多项创新可在不减少准确度的情况下，显著加快获得结果的时间。ANSYS 17.0将复杂几何结构的前处理时间缩短40%到80%，同时运用大量新功能拓展仿真的无限可能。