انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent)

معرفی نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent)

نرم ‌افزار انسیس فلوئنت ANSYS Fluent شامل قابلیت‌های گسترده‌ای برای مدل‌سازی جریان، آشفتگی، انتقال حرارت و واکنش­‌ها در کاربردهای صنعتی از جریان هوا در بال هواپیما، ستون­های حبابی، جریان خون و طراحی اتاق تمیز (Clean Room) گرفته تا احتراق در کوره­‌ها، سکوهای روغنی، نیمه هادی و تصفیه خانه‌­های فاضلاب می‌باشد. مدل‌های ویژه‌ای که به نرم افزار توانایی مدل کردن احتراق درون سیلندر، سیستم­های هوافضا، توربوماشین و سیستم­های چند فاز را می‌دهند، باعث گسترش دامنه‌ی کاربرد این نرم افزار شده است.

امروزه، هزاران شرکت در سراسر جهان از نرم افزار انسیس فلوئنت Ansys Fluent به عنوان بخشی جدایی ناپذیر در مراحل طراحی و بهینه سازی توسعه محصولات خود استفاده می­کنند. تکنولوژی حل‌کننده پیشرفته، نتایج سریع و دقیق CFD، شبکه‌های متحرک و تغییر شکل پذیر و مقیاس پذیری موازی عالی را فراهم می‌کند. توابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) امکان پیاده سازی مدل­های کاربری جدید و سفارشی­سازی گسترده مدل­های موجود را فراهم می­کند. با کمک حلگر تعاملی ANSYS Fluent، می­توانید جواب و فرآیند پس­پردازشی شبیه­سازی خود را موقتاً متوقف کنید و نتایج به دست آمده را بررسی کنید. این قابلیت به شما این امکان را می­دهد تا هرگونه تنظیمات لازم را تغییر داده و سپس محاسبه را در یک برنامه واحد ادامه دهید. فایل های case و Data را می توان به Ansys CFD-Post برای تجزیه و تحلیل بیشتر با ابزارهای پیشرفته پس پردازشی منتقل کرد و همچنین از این نرم افزار می­توان برای مقایسه همزمان نتایج بدست‌آمده از موارد مختلف استفاده کرد. ادغام ANSYS Fluent با ANSYS Workbench، یک ارتباطات دو طرفه بی­نظیر را با تمام سیستم­های اصلی CAD، ابزارهایی دقیق در اصلاح و ایجاد هندسه با کمک Ansys DesignModeler و فن­آوری­های پیشرفته شبکه بندی (مش بندی) در Ansys Meshing در اختیار کاربران قرار می­دهد. این روش امکان انتقال آسان داده­ها بین برنامه­های مختلف را با یک درگ و دراپ (Drag and Drop) ساده فراهم می‌کند (‏به عنوان مثال می­توانید از جواب به دست آمده در شبیه­سازی جریان سیال برای تعریف بار مرزی یک شبیه‌سازی مکانیکی ساختاری استفاده کنید)‏. این مزایا را با طیف گسترده­ای از قابلیت­های مدل سازی فیزیکی و نتایج سریع و دقیق CFD که نرم افزار ANSYS Fluent ارائه می دهد، ترکیب کنید و متوجه می­شوید که شما یکی از جامع­ترین بسته­‌های نرم افزاری برای مدل سازی CFD را در جهان امروز در اختیار دارید.

مش‌ها، اعداد، پردازش موازی

نرم افزار ANSYS Fluent از فناوری مش بی سازمان (unstructured) استفاده می­‌کند. مش می‌تواند شامل عناصری در اشکال مختلف مانند چهار ضلعی و مثلثی برای شبیه‌سازی‌های دو بعدی و شش وجهی، چهار وجهی، چند وجهی، منشورها و هرم‌ها برای شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی باشد. روش‌های عددی پیچیده، نتایج دقیقی را در مورد هر ترکیبی از انواع مش، شامل مش با گره‌های آویزان و اینترفیس­های(Interfaces) با مش­های غیر منطبق، تضمین می‌کنند. حل کننده های ANSYS Fluent برای همه مدل­های فیزیکی و انواع جریان، حالت پایدار یا گذرا و جریان غیر قابل تراکم (مافوق صوت) قوی و کارآمد عمل می‌کنند. از قابلیت‌های پردازش موازی پیشرفته موجود در سیستم عامل‌های ویندوز، لینوکس و یونیکس می­توان برای اجرای شبیه‌سازی‌ها بر روی پردازنده‌های چند هسته‌ای با پردازنده‌های متعدد بر روی یک ماشین واحد و ماشین‌های متعدد بر روی یک شبکه استفاده کرد. با استفاده از فناوری ۶۴ بیتی، ANSYS Fluent می تواند محاسبات موازی را روی شبکه­های متشکل از یک میلیارد سلول یا بیشتر انجام دهد. تعادل بار دینامیکی پیشرفته به طور خودکار محاسبات را بین پردازنده‌­ها توزیع می‌کنند تا بیشترین بازدهی را کسب کند. صرف­ نظر از تعداد پردازنده‌­هایی که برای محاسبه موازی، ۲ تا ۱۰۲۴ یا بیشتر، استفاده می­‌شوند، ANSYS Fluent اطمینان می­‌دهد که محاسبات CFD از قدرت پردازش اضافی سود خواهد برد.

مش­‌های دینامیک و متحرک

قابلیت دینامیک مش در انسیس فلوئنت نیازهای کاربردهای چالش برانگیز، از جمله جریان‌های درون سیلندر، سوپاپ‌­ها و جداسازی مخزن را برآورده می‌سازد. مش دینامیک با استفاده از چندین طرح مختلف از جمله روش لایه ای، روش هموار و روش بازسازی مش،  می‌تواند برای بخش‌های متحرک مختلف در همان شبیه‌سازی مورد نیاز استفاده شود. فقط مش اولیه و توصیف حرکت مرز مورد نیاز است. حل کننده شش درجه آزادی (SDOF) نیز برای برنامه­های کاربردی با حرکت بدون محدودیت از جمله جداسازی مخازن، هیدرودینامیک کشتی، پرتاب موشک و حرکت آب داخل مخازن در دسترس است. مش‌بندی دینامیک با مجموعه‌ای از مدل‌های دیگر در نرم افزار ANSYS Fluent از جمله مجموعه مدل‌های شکست اسپری و احتراق و مدل‌های چند فازی شامل مدل‌های پیش‌بینی سطح آزاد و جریان تراکم پذیر سازگار است. Ansys Fluent همچنین مدل‌های مش لغزان و فریم­های مرجع چندگانه را فراهم می‌کند که دارای یک ثابقه اثبات شده برای مخازن اختلاط، پمپ‌ها، و توربوماشین‌ها هستند.

آشفتگی و آکوستیک

ANSYS Fluent وسعت بی­نظیری از مدل­های آشفتگی مانند؛ چندین نسخه از مدل k-epsilon، مدل k-omega و مدل تنش رینولدز (RSM) را ارائه می­دهد. پیشرفت­های اخیر در مدل سازی آشفتگی منجر به پیاده سازی مدل­های اضافی مانند مدل­های انتقال آشفته، که برای مدل سازی دقیق انتقال از جریان آرام به آشفته که در نزدیکی مرزها اتفاق می افتد بسیار مهم است، و یک مدل آشفتگی شبیه‌سازی مقیاس – انطباقی (SAS) که در حین حل آشفتگی در ناپایداری­های گذرا مانند مناطق جداسازی توده‌ای، بدون وابستگی صریح به شبکه یا گام زمانی، یک راه حل ثابت در مناطق جریان پایدار ارائه می دهد. افزایش اخیر در توان کامپیوتر، همراه با کاهش در هزینه محاسبات، مدل شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) و مدل شبیه‌سازی گردابه‌های مجزا (‏DES) ‏را به انتخاب‌های بسیار جذابی برای شبیه‌سازی‌های صنعتی تبدیل کرده ‌است. برای آکوستیک، ANSYS Fluent می­تواند نویز ناشی از نوسانات فشارگذرا را به روش­های مختلف محاسبه کند. با استفاده از ابزار تبدیل فوریه سریع (‏FFT) ‏می‌توان پیش‌بینی‌های LES گذرا برای فشار سطحی را به طیف فرکانسی تبدیل کرد. از قیاس آکوستیک Ffowcs-Williams & Hawkings می­توان برای مدل­سازی انتشار منابع آکوستیک برای اشیا مختلف، از اجسام در معرض قرار گرفته تا پره‌های فن گردان استفاده کرد. مدل‌های منبع نویز باند وسیع امکان تخمین منابع صوتی را براساس نتایج شبیه‌سازی‌های حالت پایدار فراهم می‌کنند.

انتقال حرارت، تغییر فاز و تشعشع

انتقال حرارت با بسیاری از پدیده های جریان سیال همراه است و ANSYS Fluent مجموعه ای جامع از گزینه های انتقال حرارت جابجایی، هدایت و تابش را ارائه می­دهد. چندین مدل تابش در دسترس هستند، از جمله مدل‌های P1 و Rosseland برای ضخامت نوری، رسانه‌های شرکت‌کننده، و مدل سطح به سطح مبتنی بر عامل دید برای رسانه‌های غیر شرکت‌کننده. مدل جهت‌های مجزا (‏DO)‏نیز در دسترس است و برای هر رسانه از جمله شیشه مناسب است. علاوه بر این ، یک مدل بار خورشیدی برای شبیه سازی کنترل آب و هوا و دو مدل مبدل حرارتی در دسترس است. سایر قابلیتهای مرتبط با انتقال حرارت شامل مدلهای کاویتاسیون ، مایعات تراکم پذیر، رسانایی پوسته ، گازهای واقعی و بخار مرطوب می­‌باشد.

جریان­‌های واکنشی

مدل‌سازی واکنش شیمیایی، به ویژه در شرایط آشفته، از زمان آغاز به کار خود، مشخصه نرم‌افزار ANSYS Fluent بوده‌است. ANSYS Fluent از مدل‌های جدیدتر مانند مفهوم اتلاف گردابه‌ای (eddy dissipation concept)، انتقال PDF و مدل‌های شیمی سرعت محدود سخت (stiff finite rate chemistry models)، و همچنین مدل‌های کامل مانند اتلاف گردابه‌ای (eddy dissipation)، کسر مخلوط تعادلی (equilibrium mixture fraction)، مدل‌های مشعل (flamelet) و مدل‌های احتراق پیش مخلوط(premixed combustion models) استفاده می‌کند. جدول بندی تطبیقی در محل (‏ISAT) ‏را می­توان در ارتباط با مدل‌های انتقال EDC یا PDF به کار برد. این مدل شتاب را برای شیمی سرعت محدود آشفته فراهم می‌کند و محاسبات را تا چندین برابر سرعت می‌بخشد. به کمک مدل‌های جریان واکنشی استاندارد موجود در ANSYS Fluent می توان از عهده شبیه سازی طیف وسیعی از شبیه‌سازی‌های احتراق گازی، زغال‌سنگ و سوخت مایع برآمد. مدل­های ویژه­ای برای پیش بینی تشکیل SOx و همچنین تشکیل و از بین رفتن NOx نیز موجود است. قابلیت واکنش سطحی ANSYS Fluent امکان واکنش بین گاز و گونه­های سطحی و همچنین بین گونه­های مختلف را فراهم می­آورد، به طوریکه رسوب گذاری و حکاکی را می­توان به طور دقیق پیش بینی کرد. مدل­های واکنش ANSYS Fluent را می­توان در رابطه با مدل گاز واقعی و مدل‌هایی آشفتگی LES و DES نیز استفاده کرد.

چند فاز

ANSYS Fluent پیشرو در فناوری مدل سازی جریان­های چند فاز است. قابلیت­های متنوع آن به مهندسان این امکان را می­دهد تا در مورد تجهیزاتی که اغلب بررسی آن­ها دشوار است، بینش پیدا کنند. ANSYS Fluent از مدل چندفازی اویلر (با مجموعه‌های جداگانه معادلات سیال برای سیال‌ها یا فازهای نفوذ کننده) و همچنین مدل مخلوط (Mixture) که یک مدل اقتصادی‌تر است، استفاده می‌کند. هر دو مدل می‌توانند جریان‌های دانه‌ای را نیز شبیه سازی کنند. چندین مدل چند فاز استاندارد دیگر نیز در ANSYS Fluent موجود است. برای برخی کاربردهای چند فازی مانند خشک‌کن‌های اسپری، اسپری‌های سوخت مایع، کشش پیوسته فیبر و کوره‌های زغال‌سنگ، مدل فاز گسسته (‏DPM)‏ می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. مدل حجم سیال (VOF) برای جریان­های سطحی آزاد مانند امواج اقیانوس در دسترس است، جایی که پیش بینی اینترفیس مورد توجه می­باشد. مدل کاویتاسیون برای مدل سازی با دقت بالای هیدروفویل ها، پمپ­ها و انژکتورهای سوخت مفید بوده است. چندین مدل تعادل جمعیت نیز برای مدل سازی توزیع اندازه موجود است.

پس پردازش و خروجی گرفتن از اطلاعات

از ابزارهای پس پردازشی ANSYS Fluent می­توان برای ایجاد گرافیک، انیمیشن و گزارشات معنی­دار استفاده کرد که انتقال نتایج CFD را آسان­تر می­کند. سطوح کدر و شفاف، خطوط مسیر، ترسیم بردارهای داخل میدان محاسباتی، کانتورها، تعریف متغیرهای زمینه سفارشی (custom field variable definition) و ساخت صحنه (scene construction) تنها برخی از ویژگی های پس پردازشی موجود در نرم افزار ANSYS Fluent است. داده‌های بدست آمده از حل را می­توان برای تحلیل بیشتر به ANSYS CFD – Post، بسته‌های گرافیکی شخص ثالث، یا بسته‌های CAE منتقل کرد. در محیط ANSYS Workbench داده‌های ANSYS Fluent را می توان برای استفاده به عنوان بارهای حرارتی یا فشاری به سطوح شبیه‌سازی ANSYS نگاشت نمود. در حالت مستقل، این نرم افزار همچنین می‌تواند بارهای ساختاری و حرارتی را بر روی سطوح و دما را در حجم‌ها از Ansys Fluent به شبکه‌های FEA شخص ثالث نگاشت کند.

ابزارهای سفارشی

توابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) یک گزینه محبوب برای کاربرانی است که مایل به سفارشی سازی ANSYS Fluent هستند. مستندات جامع، فایل­های آموزشی و پشتیبانی فنی کامل در دسترس است. شبکه مشاوره جهانی ANSYS می‌تواند به ایجاد الگوهایی برای راه‌اندازی مکرر هر گونه تجهیزات کمک کند. ماژول های اضافی برای بسیاری از کاربردهای خاص مانند  PEM و پیل­های سوختی اکسید جامد و هیدرودینامیک مغناطیسی موجود است.