[转载]高端计算流体力学软件ANSYS CFX介绍
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高端计算流体力学软件ANSYS CFX介绍 &&STAR-CD简介概要 & &STAR-CD最初是由流体力学鼻祖-英国帝国理工大学计算流体力学领域的专家教授开发的，他们根据传统传热基础理论，合作开发了基于有限体积算法的非结构化网格计算程序。在完全不连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术上，STAR-CD又经过来自全球10多个国家，超过200名知名学者的不断补充与完善，成为同类软件中网格适应性、计算稳定性和收敛性最好的佼佼者。最新湍流模型的推出使得其在计算的稳定性、收敛性和结果的可靠性等方面在又得到了显著的提高。 & &网格生成工具软件包Proam软件利用“单元修整技术 ”核心技术，使得各种复杂形状几何体能够简单快速地生成网格。CD公司还开发了各种特殊用途的网格工具软件：用于发动机内部热分析的es-ice软件、汽车空气动力学分析es-aero软件等es系列软件，用于曲面分析、非结构化网格生成的专业软件ICEM CFD Tetra, 适用于涡轮机械流体分析的旋转体网格自动生成工具软件TIGER, 以及用于搅拌器内流体分析的专业网格生成软件Mixpert。 & &STAR-CD能够对绝大部分典型物理现象进行建模分析，并且拥有较为高速的大规模并行计算能力，还可以应用到工业制造、化学反应、汽车动力、结构优化设计等其他许多领域的流体分析，此外STAR-CD可以同全部的CAE工具软件数据进行连接对口，大大方便了各种工程开发与研究。特性全世界3000多名用户的软件使用业绩 全年400的技术分析的算例和强大的支持力量 具备最新的物理模型 &采用高速而可靠计算技术 完全不连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术 &后处理简单便捷 分析计算的GUI清晰明了 可与各种CAD、CAE系统对口，进行数据套用 具有并行计算能力，包括内存共享模式和内存分散模式&PHOENICS简介PHOENICS软件是世界上第一套计算流体与计算传热学商用软件，它是Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series 几个字母的缩写，这意味着只要有流动和传热都可以使用PHOENICS程序来模拟计算。除了通用计算流体/计算传热学软件应该拥有的功能外PHOENICS软件有自己独特的功能： & &1、开放性：PHOENICS最大限度地向用户开放了程序，用户可以根据需要任意修改添加用户程序、用户模型。PLANT及INFORM功能的引入使用户不再需要编写FORTRAN源程序，GROUND程序功能使用户修改添加模型更加任意、方便。 & &2、CAD接口：PHOENICS可以读入任何CAD软件的图形文件。 & &3、MOVOBJ：运动物体功能可以定义物体运动，避免了使用相对运动方法的局限性。 & &4、大量的模型选择：20多种湍流模型，多种多相流模型，多流体模型，燃烧模型，辐射模型。 & &5、提供了欧拉算法也提供了基于粒子运动轨迹的拉格朗日算法。 & &6、计算流动与传热时能同时计算浸入流体中的固体的机械和热应力。 & &7、VR（虚拟现实）用户界面引入了一种崭新的CFD建模思路。 & &8、PARSOL（CUT CELL) ：部分固体处理。 & &9、软件自带1000多个例题，附有完整的可读可改的原始输入文件。 & &10、PHOENICS专用模块& NUMECA简介NUMECA国际公司于1992年，在国际著名叶轮机械气体动力学及CFD专家，比利时王国科学院院士、布鲁塞尔自由大学流体力学系主任查尔斯-赫思（Charles HIRSCH)教授的倡导下成立。其核心软件是在该系80~90年代为欧洲宇航局(ESA)编写的CFD软件—欧洲空气动力数值求解器(EURANUS)--的基础之上发展起来的。 & &NUMECA国际公司一直致力于高度集成及用户化的流场数值模拟软件，及其叶轮机械设计软件的研制和开发。这些软件均采用最新的先进数值分析技术。NUMECA国际公司集中了许多优秀的CFD工程师，他们可给用户提供及时有效的技术支持和服务。
& &自从NUMECA国际公司成立以来，特别是近五年来，NUMECA国际公司已经成功地在国际CFD市场，特别是在叶轮机械领域，掀起了强劲的NUMECA旋风，使国际上各主要叶轮机械厂家（如：Garrett, Sulzer Turbo, ABB Turbo, Thermodyn (GE), MAN, KBB, Shin Nippon Machinery, ALSTOM Power, Honda and SOLAR TurbinesFor aero & rocket engines, Snecma, Honeywell, Rolls-Royce, KHI, Fiat Avio, Pratt&Whitney, Aerodisa, Japan Defence Agency）都开始大量使用NUMECA软件，使得NUMECA的用户一直快速稳步地增长。NUMECA软件主要包括：流体动力学分析软件和设计优化软件两大类。1.流体动力学分析软件包 & &分析软件包有FINE/TURBO和FINE/HEXA等，其中均包括前处理，求解器和后处理三个部分。FINE/TURBO用于内部和外部流动， FINE/HEXA也用于内部或外部流动，但为非结构自适应网格。 & &FINE/TURBO：可用于任何可压或不可压、定常或非定常、二维或三维的粘性或无粘内部（其中包括任何叶轮机械:轴流或离心，风机，压缩机，泵，汽轮机，水轮机，船舶推进器，搅拌罐等。单级或多级，或整机，或任何其他内部流动：塔体，换热器，分离器，管道，涡壳，阀门,密封等）流动，和各种外部绕流（包括各种水下载运器，飞行器等）的数值模拟。其中包括:
& &IGG：准自动网格生成器。可生成任何几何形状的多块结构网格。采用准自动的块化技术和模板技术。生成网格的速度及质量均远高于其它软件。是全球最优秀的结构化网格生成器之一。
& &IGG/AUTOGRID：自动网格生成器。可自动生成任何叶轮机械（包括任何轴流，混流，离心机械，可带有顶部、根部间隙，可带有分流叶片，等）的H形，I形和HOH形网格。该软件已经被国际工业部门认为是用于叶轮机械(航空发动机，汽轮机，水轮机，船舶推进器，泵，压缩机等)最好、最方便及网格质量最好的网格生成软件。是生成导弹外部流场网格最优秀的软件。 & &EURANUS：求解器。求解三维雷诺平均的NS方程。采用多重网格加速技术；全二阶精度的差分格式；基于MPI平台的并型处理；可求解任何二维、三维、定常/非定常、可压/不可压，单级或多级，或整个机器的粘性/无粘流动。可处理任何真实气体；有多中转/静子界面处理方法；自动冷却孔计算的模块；多级通流计算；自动初场计算；湿蒸汽机算；共额传热计算；两相流计算；空化等等。其多级（10级以上）求解性能良好。 & &CFVIEW：功能强大流动显示器。可做任何定性或定量的矢量标量的显示图。特别是可处理和制作适合于叶轮机械(航空发动机，汽轮机，水轮机，船舶推进器，泵，压缩机等)和带翼武器（导弹）的任何S1和S2面，及周向平均图。该软件已经被国际工业部门认为是用于叶轮机械(航空发动机，汽轮机，水轮机，船舶推进器，泵，压缩机等)和带翼武器最好的后处理软件。 & &FINE/HEXA：非结构网格CFD软件包。该软件包的独特性在于：她所采用的网格全是六面体的非结构网格（这是目前最先进的方法之一）；自动自适应的多重网格求解器。 & &HEXPRESS：非结构网格生成器。可自动生成任意复杂三维几何体（飞机，航天器，非周期性导弹，水下载运器）的全六面体非结构网格。可直接输入多种作图软件的数据，并对其有自动修补动能。是目前全球最优秀的非结构化网格生成器之一。 & &优秀的流体动力学分析软件需要经历长期地使用验证，不断地优化完善，新技术补充丰富的过程，是随着时代的发展而进步的，同时，也是时代的结晶。NUMECA公司的软件－FINE系列软件作为最新的流体动力学分析软件，直到2003年，才引入到中国。她采用了近几年研发出的最新，最先进技术，因此，无论在计算速度、计算精度、所需计算机内存、使用方便程度、界面友好程度等方面都优于其他软件。其计算速度、精度和计算机内存需要量均比其它软件优越，其优越程度使用过其它软件的用户非常惊讶。现在其它软件公司（在网格生成和核心求解器中）也逐渐开始采用类似于NUMECA的方法。她所研发并采用的其它技术和方法现也已被其它软件开发者逐步采用，因此，NUMECA公司领导着世界CFD软件发展的新潮流。2.设计优化软件包 & &FINE/DESIGN3D是一个空前新颖的，用于新型、高效三维叶型设计和优化的软件工具。它给用户提供了一个设计叶轮机械的新概念。该软件是在国际上（日、美、欧）叶轮机械(航空发动机，汽轮机，气轮机，水轮机，船舶推进器，泵，压缩机等)行业多家企业多年使用和总结下发展起来的，为从事叶轮机械的科研人员量身定做的专业设计优化软件。它以用户定义的多参数目标函数，以及几何和机械等方面的约束，来定义设计性能目标。 & &该优化设计过程是全自动的，优化范围可覆盖约束之内的整个空间，而不像其它软件采用仅能覆盖非常有限个点的人工尝试和修改的方法。%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%ANSYS简介ANSYS 11.0在CAE 功能上引领现代产品研发科技，涉及的内容包括：高级分析、网格划分、优化、多物理场和多体动力学。ANSYS 11.0 不仅为当前的商业应用提供了新技术，而且在以下方面取得了显著进步： &继续开发和提供世界一流的求解器技术提供了针对复杂仿真的多物理场耦合解决方法整合了ANSYS 的网格技术并产生统一的网格环境通过对先进的软硬件平台的支持来实现对大规模问题的高效求解继续改进最好的CAE 集成环境－ANSYS WORKBENCH继续融合先进的计算流体动力学技术加速多步求解ANSYS VT 加速器，基于ANSYS 变分技术，是通过减少迭代总步数以加速多步分析的数学方法。这包括了收敛迭代和时间步迭代或者二者的综合。收敛迭代的例子是非线性静态分析，不涉及接触或塑性，而时间步迭代指的是线性瞬态结构分析，二者组合的例子，非线性结构瞬态或者热瞬态分析。ANSYS VT 加速器提供了2-10X 的加速比，允许用户快速重新运行模型。具体的加速比受到硬件、模型和分析类型的影响。而且，这个工具在非线性或瞬态分析的参数研究中可以获得5-30X 的加速。在使用ANSYS VT 加速器之前，用户可以作下列类型的改进： 修改或者增加或移除载荷（约束不能更改，但是数值可以修改）材料和材料模型截面常数和实常数几何ANSYS VT 加速器软件，使用ANSYS MECHANICAL HPC 的授权，可以应用到结构循环对称模态分析以及高频电磁谐分析。ANSYS VT 加速器可以结合ANSYS DESIGNXPLORER VT 技术，实现更快速的参数化研究。网格变形和优化对于很多单位，进行优化分析的最大障碍是CAD 模型不能重新生成，特征参数不能反映那些修改研究的几何改变。通过与ANSYS WORKBENCH 的结合，ANSYS MESH MORPHER（FE-MODELER 的新增加模块）可以实现这个功能，甚至更多。通过网格操作而不是实体模型，ANSYS MESH MORPHER 对于来自于CAD 的非参数几何数据，如IGES 或者STEP，以及来自于ANSYS CDB 文件的网格数据，实现了模型参数化。将网格读入FE MODELER，并且产生对应于该网格的“综合几何”的初次配置。在ANSYS 11.0，ANSYS MESH MORPHER 提供了四种不同的转换：面平移、面偏置、边平移和边偏置。更多样的配置可以通过以上转换的组合实现。例如，一个圆柱表面的面偏置就等效于变更其半径。这些转换决定了目标配置并自动定义转换参数。一旦确定，这些转换参数可以通过ANSYS DESIGNXPLORER VT 拟合方法来拟合，如KRIGING 算法、非参数化退火算法和神经网络算法等。一旦拟合完成，可以使用ANSYS DESIGNXPLORER VT 中的能量优化技术找到最优值或者执行6 SIGMA 分析设计。ANSYS MESH MORPHER 为仿真驱动的产品开发打破了优化障碍。流固耦合在ANSYS WORKBENCH 中，ANSYS 和ANSYS CFX 技术的集成取得了更大的进步。在11.0 的ANSYS WORKBENCH 环境中，用户可以完整地建立、求解和后处理双向流固耦合仿真。最新的版本也提供了单一后处理工具，可以用更少的时间获得复杂多物理问题的解决，并且扩展了仿真的应用领域。利用ANSYS CFX 软件的统一网格接口可以在ANSYS 和ANSYS CFX 之间传递FSI 载荷，所有流固耦合问题的结果的鲁棒性和精度获得了改进。界面载荷传递技术的突破，很明显的好处就在于让同一团队的FEA 和CFD 专家共享信息更方便。在11.0 中流固耦合的领域也得到了扩展。 涡轮系统一体化解决方案ANSYS WORKBENCH 环境提供了旋转机械设计过程所需的几何设计和分析的集成系统。ANSYSWORKBENCH，作为高级物理问题的集成平台，能够让设计人员建立旋转机械的模型，比如水泵、压缩机、风扇、吹风机、涡轮、膨胀器、涡轮增压器和鼓风机。ANSYS 解决方案集成到设计过程，从而消除了中性文件传输、结果变换和重分析，使得CAE过程几周内就完成了。涡轮机械设计过程的第一步就是使用初始尺寸以获得概要设计，指定性能准则和尺寸约束。在11.0 中，ANSYS BLADEMODELER 中集成了PCA 工程有限公司的专用于离心压缩机和水泵的初始尺寸软件。VISTA-CC 是一个快速主乾设计程序—只需要压缩机的质量流量、压力比和几何约束，就可以获得压缩机草图、 叶片和出口角度、速度三角形。它也提供了无量纲的性能参数，比如设计决策所依赖的额定转速和额定流率。统一网格技术ANSYS 11.0 提供给用户新的统一分网环境，帮助用户实现基于物理的网格划分解决方案，例如机械、电磁、CFD 或者显式仿真。来自于ANSYS、ANSYS ICEM CFD 和ANSYS CFX 的一流网格几乎已经延伸到ANSYS WORKBENCH 中，综合多种算法的优势，提供一个智能的、灵活且鲁棒的网格划分能力。基于预定义的物理过滤器，各种控制自动定义了，比如网格尺寸、网格过渡、网格均匀性、划分速度、网格质量和曲率的细化控制等。如果必要，高级用户控制选项可用来使用。划网的智能特性提供了灵活的附加控制，帮助初级用户为了改进求解速度或者精度而得到适合于物理问题的良好网格。多重网格控制方法，以及高级选项，提供了备份网格划分方法以改善网格划分的整体鲁棒性。在11.0 中，共同网格对象已经实现了，为多个应用之间的交互提供了附加的灵活性。这为求解器（FSI、隐式/显式等）之间的交互提供了增强的双向通讯。同时也提供了网格划分的统一方法。这个共同网格对象保证了在ANSYS WORKBENCH 框架中集成第三方的划网功能。ANSYS ICEM CFD 和AI ENVIRONMENT 11.0 中的创新在于多区域体网格划分工具，可用于空气动力学中。新的网格划分方法提供了对块（结构网格方法）的灵活性和控制，易于使用的自动（非结构化）网格方法。半自动多区网格算法允许用户在面和体上对网格进行总体控制，边界上通过映射或者扫描块提供了纯六面体网格，而内部过渡到四面体或者六面体为主的网格。映射、扫描和自由划分技术为模型中最重要区域的结构化六面体网格划分提供了自由，可以保证用较少的精力得到高质量的自动化网格。ANSYS ICEM CFD 和AI ENVIRONMENT 11.0 产品也回答了古老的问题：“我应该用四面体划网还是花更多的时间用六面体划网”。相对于传统的四面体网格算法，新的体-拟合笛卡儿划网方法可以帮你用更少的时间划分纯六面体网格。包含四面体和金字塔形状的混合网格划分方法减少了限制并且提供了更容易的方法编辑网格。这个方法产生的六面体网格的统一性更适合于显式碰撞分析或者任何六面体网格更适合的分析。线性和非线性动力学在11.0 中，ANSYS 巩固了它的高级动力学分析能力并扩展到ANSYS WORKBENCH 中。线性和非线性结构动力学和应力分析，现在已经无缝的集成到了ANSYS WORKBENCH 仿真环境中。使得刚体和柔体的频率响应和时间历程动力学集成在一起。在一次设置中，用户现在能够选择一系列的力学行为：线性、高级非线性；完全刚体和完全柔体以及他们的组合。其他特征包括支持简单和复杂的连接和约束，基于几何的自动连接侦测，非线性材料和接触、运动学分析以及与CAD 系统的相关性。扩展的ANSYS 动力学使得以下分析更为理想： &交互式的零件和装配体连接的定义和验证纯刚体假设下的装配体动力学响应纯刚体假设的潜在缺陷的识别在CAD 系统或者ANSYS DESIGNMODELER 中的参数化模型的快速WHAT-IF研究通过以下技术，ANSYS 用户现在可以用刚体/柔体多体动力学仿真方案进行产品开发： 一致的ANSYS WORKBENCH 仿真刚体到柔体的转换显式动力学ANSYS AUTODYN 软件是与众不同的通用的显式分析工具，适合于固体、流体和气体及其交互的非线性动力学模拟。在11.0中，ANSYS AUTODYN 第一次作为ANSYS WORKBENCH 环境下的集成工具。ANSYS AUTODYN与ANSYS MESHING及ANSYS的紧密结合，提供了一个只有通过显式动力学结果才可以做出快速决策的环境。扩展的ANSYS 动力学使得以下分析更为理想： &关联来自于CAD 工具或者ANSYS DESIGNMODELER 的实体几何计算结构动力学的有限元求解器快速CFD 的有限体积求解器高速、大变形和破碎的无网格粒子求解器解决包括FE、CFD 和SPH 耦合的多物理场耦合结合本构响应和耦合热动力学的材料模型在共享和分布式内存系统上的串行和并行计算参考：%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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Flow Vision是比利时Capvidia公司一个强大的高精度的流固耦合的CFD软件。利用现代C + +技术，对复杂的计算流体力学领域的问题提供了灵活的模块化的解决方案。采用独特的SGGR（Sub-Grid Geometry Resolution）技术进行自动网格生成。节约了很多前处理时间。而且网格精度也提高了很多。2007年和达索达成协议，开放ABAQUS和Flowvison的结合平台，大大加强了Flow vison处理复杂的流固耦合的计算的能力(如汽车轮胎的水上滑行模拟)。主要应用在军事，汽车，核能，结构建筑，医疗，燃料工业，电子组件，船体设计，动力生成等的计算流体力学领域。目前被俄罗斯广泛应用在船舰，太空工程的分析仿真。
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汽车工业：汽车空气动力学；热管理，通风，空气调节（HVAC）；发动机冷却，燃烧室设计；气体在汽缸和排气系统中流动分析。航空：飞机，机翼，航空发动机的空气动力学分析；喷气推进器模拟；飞机起飞降落模拟。水上飞机：水上机身附近空气和水流动模拟；飞机起飞降落在水上模拟。核能反应：核反应堆中热和质量转移模拟；热和导电介质的计算。超音速应用：巡航导弹空气动力学分析；火箭空气动力学分析；火箭发动机空气动力学分析；喷气推进器对发射台的影响模拟分析。船舰：船在水中的阻力分析；船的航行分析；螺旋桨的特性分析。涡轮机械：涡轮和泵的压缩特性分析；涡轮机内部的声压和振动分析发电机：炉膛内燃料的燃烧计算；燃料和空气内混合模拟；进气歧管内压降计算金属铸造：液态金属填充分析；液态金属凝固分析医学：心脏瓣膜模拟；洗眼过程模拟；鼻腔内气流模
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