一貫化的進階網格技術

14.5版將ANSYS TGrid網格功能整合到ANSYS Fluent環境中。即可毋須離開Fluent環境，您就可以使用所有的TGrid功能創建網格，並直接切換至Fluent的設定介面、求解器和後處理。與一般文件傳輸方式相比，用戶可以減少一半的數據傳輸次數，用戶可以提高模擬的效能。

▲使用嵌入在ANSYS Fluent圖形用戶界面中的ANSYS TGrid功能對飛機引擎室的掛架進行網格劃分

由於Fluent網格工具結合了Workbench CAD的匯入以及TGrid，因此用戶可以在單個環境中使用多種功能：

幾何外型最佳化

自動化的最佳化功能提供能夠自行判斷最佳化外型的解決方案，避免繁重的幾何參數定義和輸入工作。並使用網格變形功能，可以在最佳化過程中跳過幾何形狀確定和網格重劃分步驟，從而大幅度壓縮最佳化流程。

您可以將改進後的Fluent網格變形器和最佳化器連接到ANSYS DesignXplorer，同時運用DesignXplorer的設計最佳化或探索功能以及Fluent的網格變形優勢。此外該工具簡單易用；重新組織了圖形化的用戶界面，並且改進了操作流程。

▲歧管外形最佳化:為降低管壁壓力調整管壁外型，將紅色區域巷內推入，將藍色區域向外拉出

Adjoint求解器對於數值結果的偵測，將擴充為自動可觀察量（質量流率、具有不同加權方式的壓力和總壓積分、流動均勻性）和綜合可觀察量（和、差、比率、冪的線性組合、方差）。透過支持平移和旋轉週期邊界，Adjoint求解器的適用範圍將進一步擴大。後處理得到改進後可實現更加優質、快速的評估。

更好的可用性

ANSYS 14.5的模擬監測和控制更加方便。Fluent允許您選擇透過任何其他應用來驅動Fluent模擬的執行。這可以將Fluent的功能與其他設計工具相結合，開闢了一條發揮Fluent模擬力量的新途徑。新的通訊程序使Fluent可以在伺服器模式下運行，利用Matlab、Simplorer、Excel或其他程序的用戶界面完成模擬設置並啟動模擬。客製化用戶界面可以使用專業應用術語和公司專用術語，並可限制特定用戶對Fluent的設置。

Fluent解監控視窗（比如升力和阻力監控視窗）直接顯示在Workbench環境中，同時在後臺進行計算，這樣便於瞭解收斂狀態。

▲毋須打開Fluent視窗，從ANSYS Workbench窗口就可以監控ANSYS Fluent收斂情況

監視視窗（表面、體積、升力、阻力或者力矩監控視窗）可用作收斂判別標準，以便採用一種以上的因素自動判斷收斂情況（監測殘值），或指使用自訂監控值取代殘值，以確保模擬收斂至用戶要求的標準。當所監控值之結果無明顯變化時，儘管殘值仍在下降，仍需要利用基於監視器的收斂指標終止求解過程，避免超時運行，以便節省寶貴的模擬時間。

內燃機

內燃機分析系統可提供完整的進氣和排氣口氣流分析功能，基於最佳化的執行對模擬的某些環節更加自動化，降低了不同構型的設置難度並提高網格質。使用此模組，從創建初始幾何形狀到開始模擬其過程只需幾分鐘就能完成。該工具透過自動分解發動機幾何解構，創建網格，設置流場模擬（包括動態網格），以及生成採用內燃機專用術語的初步報告，能夠統一和簡化內燃機模擬的設置和求解過程。用戶透過在Workbench中進行參數化研究，可以更加深入地掌握發動機性能。

▲內燃機分析系統包括完整的進氣和出氣口流體分析功能

針對專門應用的進階物理功能

ANSYS 14.5提供的工具可以更好地進行排放預測，更加準確地預測多相流現象和自由表面流場，並且為氣動聲學模擬提供重要功能。

在為自由表面建模時，您可以模擬包括橢圓余弦波和孤立波在內的全系列波浪動態，並建立多重波疊加模型。還可以將輸入波暫態輪廓、取決於其他變量（如組分濃度）的表面張力以及可壓縮液體等特徵包含進來，以便提高自由表面模擬的精度。

▲孤波的傳播

在燃燒和反應流領域，污染物模型功能包含適用於超均衡組分（尤其是一氧化碳）的預混合層流小火焰單元模型。在真實氣體領域，它們可以與部分預混模型配合使用，並可在亞臨界流型中選擇液相或者氣相。在許多應用中，聲學現象具有非常重要的地位。在使用計算聲學的時候，需要確定出準確的邊界條件才能直接在流體模擬中計算出聲波源和傳播情況。ANSYS 14.5為基於壓力的求解器引入全系列無反射邊界條件（NRBC），以實現更高的聲學計算精度。這對於開發燃氣輪機燃燒系統的企業來說尤為重要，因為只有使用NRBC才能準確預測燃燒動力學。這些條件適用於速度和壓力出口以及速度、質量流和壓力入口。NRBC完全兼容于壓力求解器中的組分傳遞和燃燒計算。

在為氣液系統建模時，可使用排氣邊界條件建立一個自由表面模型。從這個自由面上，離散氣泡可以逃離，但液相不可以。這項功能與常規方法相比周轉時間更短，並且可以用於所有氣液流體系統。同時還為氣液系統提供升力、阻力、壁潤滑力、紊流分散、紊流相互作用模型，以便為具體情況選擇最合適的模型。這些作用力和相互作用會影響泡罩塔和氣體射流混合槽等設備運行時的垂直速度和含氣率。引入這些參數有助於更好地預測分散相動力學。

ANSYS 14.5提供一些用於改善氣-固和液-固系統顆粒建模的功能，具體包括對單元平均DPM量進行後處理，在用戶定義有界平面上採樣DPM顆粒，以及特別有利於內燃機應用的椎體噴射擴充功能。對於高濃度固態顆粒的模擬而言，基於微粒統計學的顆粒溫度功能可以改善對顆粒溫度和碰撞的預測，另外還為DEM和噴射模擬提供更適用于噴射應用的包釋放法。

歐拉壁面液膜模型能夠與混合模型以及歐拉多相流模型耦合，包括熱耦合、冷凝建模和汽化建模。這些擴充功能有助於針對有熱傳遞的飛機組件、航空太空艙內冷凝以及機動車擋風玻璃結霧和除霧進行濕法和回流分析。

▲進行機翼濕法分析：軌跡是水珠在機翼上的流動路線；機翼顏色代表液膜厚度

渦輪機

採用暫態葉柵(TBR, Transient Blade Row)模型強化功能後，渦輪機暫態模擬的計算開銷大幅度下降。ANSYS 14.5能顯著簡化氣動彈性阻尼的評估，並大幅提高葉片顫振分析的效率和實用性——可以從對應的結構分析中導入和導出數據。另一項功能是能夠將蒸汽作為TBR模擬的工作流體，從而將這些功能強大的模型用於蒸汽輪機應用。

渦輪機設計和分析輔助工具集也得到了強化，包括：

更好、更快、更可靠的模擬

求解器數值的重大改進帶來了更優秀的模擬可靠性。具體包括：改善非一致網格界面基於節點的梯度精度，與多面體網格的兼容性，非定常流局部殘值縮放的一致性，以及質量流週期與基於壓力的耦合求解器的相容性。

對於GPU在工業CFD中的應用潛力問題，相關評估工作仍在繼續。您可以在GPU上進行角係數和光線追蹤（輻射）計算，大幅度減少這些步驟在模擬中的計算時間。您還可以編寫UDF，以便發揮GPU的功能。

由於離散顆粒跟蹤模型中基於物理學的負載均衡功能得到了改進，使得計算速度得到了多達4倍的提升。DPM儲存器管理功能的改善進一步提升了DPM模擬的擴充能力。這意味著即使是包含一千多個內核的大型模擬也可以獲得更強的擴充性。DPM可靠性的提升也有助於提高這些模擬的處理能力。

在許多情況下，多面體轉換性能可以提高25%，對某些網格而言可以提高2.5倍。

在燃燒應用中，自動的PDF網格細化和表格數據二階插值法，可將總體模擬時間縮短大約25%。對混合分數燃燒模型（同時含有氮氧化物和煤煙）中的污染物模型而言速度提升非常明顯。

HPC項目文件I/O最佳化功能可將模擬文件讀取操作速度提高20%。歐拉壁面液膜建模在自適應時步法上的改進則能加快暫態計算的速度。

在模擬中使用輻射模型可以獲得程式碼重整優勢。程式碼重整能夠利用S2S模型縮短項目讀取時間，加快大型工業項目中光線追蹤角係數的計算速度，並可求解引擎室內複雜項目的熱點問題。使用S2S輻射模型的用戶還可以透過週期邊界來縮小建模幾何尺寸，從而節省計算時間和儲存空間。

流體結構多物理場功能的擴充

ANSYS 14.5允許流體(ANSYS Fluent)模擬和電磁(ANSYS Maxwell)模擬之間進行雙向耦合。此外單向熱流體-結構相互作用(FSI, Fluid Solid Interaction)的設置在ANSYS系統耦合中更為簡便。雙向耦合力/位移/變形的FSI可靠性得到了極大改善，使工程師能夠更快速、更輕鬆地對完整產品進行深入瞭解。

▲牛奶從牛奶盒中倒出的雙向FSI：灰色等值面代表牛奶表面；彩色表面顯示牛奶盒的形變

系統耦合透過外部數據連接來管理Fluent和ANSYS Mechanical之間的單向熱FSI。這種單向FSI既可以是流體到結構，也可以是結構到流體。來自ANSYS Mechanical、CFD-Post、第三方求解器、Excel表格等多種源頭的熱流、壁溫、熱傳導係數等資訊可被映射到Mechanical或者Fluent中。

透過對帶有系統耦合的雙向FSI進行壓縮性校正，可以提高作用力/位移FSI模擬的可靠性。

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