Ansys Fluent – CFD simulation

Phần mềm mô phỏng thủy khí động lực học – Ansys Fluent có thể tính toán các thông số dòng chảy chất lỏng khí (vận tốc, áp suất, nhiệt độ). Ansys Fluent còn có thể mô phỏng tính toán được các hiện tượng phức tạp như đa pha, chảy rối, truyền âm và kết hợp với các mô đun cơ khí khác.

Phần mềm Ansys Fluent có thể cung cấp các giải pháp cho các vấn đề sau:

  • Drag Reduction: Lực cản.
  • HVAC systems:  Heating, Ventilation and Air conditioning: Hệ thống thống gió, điều hòa nhiệt độ.
  • Rotating machines: Fan, Turbines and Pump Performance: Quạt, tuốc bin và bơm.
  • Multiphase processes: khí-lỏng-rắn.
  • Heat Exchangers, Transfer: Trao đổi nhiệt.
  • Electronics Cooling: Làm mát linh kiện điện tử.
  • Combustion engine, Jet engine, Rocket: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, đôing cơ tên lửa.
  • Aeroacoustics analysis: Phân tích truyền âm.

1. Thermal Analysis: Phân tích nhiệt.

Việc tính toán sự phân bố nhiệt độ đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích ứng suất, biến dạng gây ra bởi nhiệt độ trong các chi tiết. Hai mô đun của ANSYS: Ansys Mechanical and Ansys Fluent tích hợp các thuật toán truyền nhiệt, trao đổi nhiệt và bức xạ nhiệt, mô hình vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ, có thể mô phỏng các bài toán nhiệt phức tạp. Ansys cũng cho phép kết hợp cả hai công cụ Fluent và Mechanical Thermal để giải quyết bài toán nhiệt giữa chất lỏng, khí và rắn.

Một số ứng dụng tiêu biểu:

  • Phân tích bài toán nhiệt của các chi tiết chuyển động có ma sát.
  • Phân tích bài toán nhiệt của thân vỏ động cơ đốt trong.
  • Phân tích bài toán nhiệt của thân vỏ động cơ tên lửa.
  • Phân tích hệ thống tản nhiệt của hệ thống linh kiện điện tử.
  • Phân tích bài toán nhiệt của hệ thống HVAC_heating ventilation and air conditioning.
  • Phân tích bài toán nhiệt của các hệ thống sấy, đốt.
  • Phân tích bài toán nhiệt của hệ thống làm mát.
  • Phân tích bài toán nhiệt của hệ thống ống xả động cơ.

Heat transfer of a cooling system

Heat distribution of electronic device

 

Combining Ansys Mechanical and Fluent

Temperature Streams
Mixing of two different temperature streams in a static mixer.

2. Fan, Turbines and Pump Performance: Quạt, tuốc bin và Bơm.

Ansys Fluent có thể mô phỏng, tính toán các thông số của dòng chảy chất lỏng khí như vận tốc, áp suất và nhiệt độ. Kết quả mô phỏng tính toán được làm cơ sở để đánh giá hiệu quả hoạt động của các loại máy quay như bơm nước, bơm khí, máy pha trộn, quạt, máy nén khí và tuốc bin.

Một số ứng dụng tiêu biểu:

  • Mô phỏng hoạt động của máy bơm chất lỏng.
  • Mô phỏng hoạt động của quạt gió, tản nhiệt.
  • Mô phỏng hoạt động của tuốc bin.
  • Mô phỏng hoạt động của máy nén khí.
  • Mô phỏng hoạt động của cánh quạt động cơ tàu.
  • Mô phỏng hoạt động của tuốc bin gió của máy phát điện.

CFD air quality consulting

Velocity profile in a centrifugal pump.

Turbine Pressure Changes

Velocity and pressure changes in a turbine.

CFD consultant

Pressure rise generated in a centrifugal compressor.

3. Combustion engines, Jet engine and Rocket: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực và tên lửa.

Ansys Fluent có thể mô phỏng phản ứng hóa học của hỗn hợp các loại nhiên liệu trộn lẫn với nhau, cho phép tính toán, đánh giá hoạt động của các loại động cơ đốt trong, phản lực và tên lửa.

Gas Combustion Chamber
Combustion in natural gas combustion chamber.

Coal Particle Combustion

Coal particle combustion.
4. Multiphase Flow Analysis: Phân tích hiện tượng đa pha.

Dòng chảy đa pha bao gồm lỏng-khí, lỏng-lỏng, dòng chảy hạt, phun và phân tách có thể được tính toán bằng mô đun đa pha trong Ansys Fluent.

Bubble Motion

Bubble motion in an air sparged impeller-driven mixing tank.

Spray Drying

Spray drying of particles calculating the particle motion and phase change.

Erosion Rate

Article tracking with erosion rate of particle impacting on the wall surface.

5. Motion Analysis and Multiphysics Analysis: Phân tích chuyển động và đa hệ.

Sự kết hợp của Ansys Fluent với mô đun Mechanical có thể mô phỏng và tính toán các hiện tượng có sự tương tác của chất lỏng khí với chất rắn. Sự tương tác đa hệ như ứng suất nhiệt, ứng suất gây ra bởi tác dụng của chất lỏng khí lên kết cấu gây biến dạng, hoặc sự thay đổi thể tích dòng chảy gây ra bởi sự chuyển động của kết cấu được mô phỏng bằng Ansys.

Positive Displacement Pump

Positive Displacement Pump (GeRotor Pump).

FSI Thermal

Thermal mapping to form a CFD solution to FEA stress model.
6. Aeroacoustics Analysis: Phân tích âm học khí động.

Phần mềm Ansys cung cấp hai mô đun: Acoustic Extension và Ansys Fluent có thể mô phỏng phân tích các bài toán truyền âm. Chúng ta có thể sử dụng từng mô đun hoặc kết hợp cả hai cho bài toán phức tạp. Mô đun Ansys Fluent có thể mô phỏng, phân tích âm thanh được sinh ra từ sự chuyển động của chất lỏng, khí (air-borne noises).

                            

Sound pressure waves produced in a supersonic jet exhaust.         Sound generation sources around an automobile body.

Ansys Acoustic Extension có thể phân tích, mô phỏng âm thanh được sinh ra từ dao động của các vật thể rắn, thiết bị điện, điện tử và được lan truyền trong môi trường nước, không khí.

Sự kết hợp của cả hai mô đun sẽ cho phép giải quyết bài toán một cách toàn diện hơn, phức tạp hơn như bài toán truyền âm của ô tô. Bài toán kết hợp có hai dạng. Dạng thứ nhất: kết hợp hai chiều (coupled way). Trong đó, bài toán chất lỏng khí và bài toán chất rắn được giải đồng thời. Bài toán này được sử dụng khi cấu trúc chất rắn chịu sự tác động đáng kể từ áp suất âm thanh. Dạng thứ hai: kết hợp một chiều (uncoupled way). Trong đó, bài toán chất lỏng khí được giải trước bài toán chất rắn. Bài toán này được sử dụng khi tác dụng của áp suất âm thanh lên chất rắn rất nhỏ.

         

Acoustic Results of Piezoelectric devices                                            Sound pressure level from a loud speaker

Một số ứng dụng điển hình: 

1. Phân tích truyền âm trong phòng. 

2. Phân tích khả năng cách âm của phòng.

3. Phân tích âm thanh tạo ra bởi xe ô tô và khả năng cách âm.

4. Phân tích âm thanh từ mô tơ điện.

5. Phân tích âm thanh từ thiết bị điện tử.

6. Phân tích âm thanh từ hệ thống ống xả, khí thải, hệ thống làm mát.

 

7. Optimization: Tối ưu hóa thiết kế.

The evaluation of design changes is a strength of simulation in general. Once an initial model is solved, resolving with new conditions and/or geometry can be as simple as updating the model and rerunning it. SimuTech Group has a number of optimization tools, including non-parametric optimization tools that intelligently guide the optimization process.

Kết quả mô phỏng, tính toán từ phần mềm Ansys Fluent cho phép kỹ sư đánh giá được tính hiệu quả, phù hợp của thiết kế. Phần mềm Ansys còn cho phép xây dựng mô hình tương quan giữa sự thay đổi kết quả đầu ra so với thay đổi thông số đầu vào. Đặc biệt Ansys còn có các thuật toán tối ưu hóa thiết kế dựa trên phạm vi cho phép của thông số đầu vào. Từ đó, kỹ sư có thể lựa chọn được thiết kế tối ưu dựa trên những yêu cầu kỹ thuật cần đạt được.