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| Figura 1: Struttura di ANSYS CFD 12 |
In questo articolo viene data una visione d’insieme degli strumenti per la simulazione fluidodinamica nella nuova versione ANSYSY CFD 12. Dopo l’acquisizione dei due solutori CFX e Fluent e dei relativi strumenti di meshatura avvenuta negli ultimi anni da parte di ANSYS Inc., la nuova release ANSYS 12 è il primo passo di reale integrazione dei due codici CFD e di unificazione degli strumenti di Pre e Post-processing. In questo articolo vengono descritti la struttura e i contenuti di ANSYS CFD 12 e vengono illustrati i vantaggi dell’integrazione, un processo graduale che mantiene inalterate le peculiarità dei due solutori, ma che si pone come obiettivo la creazione di un unico software CFD che fonderà le migliori caratteristiche di CFX e Fluent garantendo continuità ad entrambi i codici.
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| Figura 2: Flussi di Lavoro in ANSYS Workbench e condivisione di modelli |
Introduzione: struttura di ANSYS CFD 12
Nella nuova versione ANSYS 12 gli strumenti per la simulazione fluidodinamica sono stati completamente integrati nell’ambiente di lavoro ANSYS Workbench e prendono ora il nome di ANSYS CFD 12.
In figura 1 si illustra come la piattaforma Workbench comprenda sia gli strumenti di Pre-processing (geometria e mesh) e Post-processing (analisi dei risultati) sia i due solutori ANSYS CFX e ANSYS Fluent. L’obiettivo di questo approccio è quello di unificare la procedura di analisi e rendere disponibili i migliori metodi di Pre e Post-processing agli utenti di entrambi i solutori CFD, mantenendo le peculiarità dei due codici in termini di modelli fisici e numerici.
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| Figura 3: Il futuro di ANSYS CFD: fusione dei due solutori CFX e FLUENT |
ANSYS Workbench e gli strumenti di meshatura di ANSYS CFD 12
Nella nuova versione l’interfaccia di Workbench è stata ridisegnata e consente di definire flussi di lavoro analoghi per i due solutori CFD, i quali possono quindi condividere un unico modello geometrico, la stessa griglia di calcolo e una procedura di post-processing comune.
La definizione di un flusso di lavoro permette di gestire facilmente le diverse fasi di analisi e consente l’aggiornamento automatico di un intero progetto a seguito di una modifica al modello. Inoltre in ANSYS Workbench è possibile definire flussi di simulazione con condivisione di dati tra modelli CFD e FEM per analisi di interazione fluido-struttura. Questo tipo di simulazione, già possibile nella precedente versione per ANSYS CFX, è ora disponibile anche per ANSYS Fluent.
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| Figura 4: Flussi in un motore a combustione interna |
Altro aspetto importante è la possibilità di definire parametri sia nel modello geometrico sia nel set-up delle analisi e pianificare il lancio di una sequenza di simulazioni.
L’acquisizione e la gestione dei risultati per analisi parametriche avviene sempre all’interno di Workbench tramite tabelle e grafici che consentono il confronto di soluzione alternative.
Dal punto di vista della modellazione geometrica sono state consolidate le interfacce bi-direzionali verso i più diffusi strumenti CAD. Questo consente di leggere geometrie parametriche da CAD, modificare il modello in ANSYS DesignModeler, eseguire una serie di simulazioni e restituire la geometria ottimizzata al CAD stesso.
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| Figura 5: Cavitazione in un iniettore |
Figura 6: Flusso Multifase |
Un ulteriore passo avanti è stato fatto nella creazione di un’unica piattaforma ANSYS Meshing che permette di generare griglie di calcolo per le diverse discipline: FEM, CFD, analisi elettromagnetiche e dinamica esplicita. I metodi e gli algoritmi di meshatura di CFX-Mesh, Gambit, ICEM-CFD e T-grid sono confluiti in questo ambiente, che propone anche nuovi metodi, come il Multi-Zone, che consente di utilizzare diversi approcci in diverse aree di uno stesso dominio di calcolo (per esempio tetra-prism su una parte del volume e Hexa-Dominant su un’altra regione).
Come detto, il processo di integrazione di diversi strumenti avviene gradualmente e garantendo continuità a software di meshatura avanzati come ICEM-CFD e T-grid, che rimangono disponibili come software stand-alone.
ANSYS CFX e ANSYS Fluent: una linea di sviluppo comune
Scorrendo le novità nei due codici CFD ci si rende conto che i due solutori seguono una linea di sviluppo comune basata su alcuni punti fondamentali:
- Robustezza e accuratezza del solutore, efficienza del calcolo parallelo: sia in CFX che in Fluent sono state introdotti nuovi schemi numerici, per esempio per la soluzione del campo turbolento con schemi accurati al secondo ordine. In entrambi i codici è stata migliorata l’efficienza di partizionamento e delle operazioni di Input/Output durante il calcolo parallelo con sensibili incrementi di velocità di calcolo.
- Simulazione di motori a combustione interna: tema fondamentale in ambito CFD è stato sviluppato sotto diversi aspetti: dai modelli multifase a quelli di combustione come spiegato di seguito. Un aspetto in cui sono stati fatti notevoli passi avanti è quello della simulazione di grandi deformazioni del dominio fluidodinamico con nuove metodologie di re-meshing e di gestione di diversi set-up di analisi all’interno di un’unica simulazione (multi-configuration).
- Modelli multifase: nell’ambito dei modelli Lagrangiani sono stati introdotti nuove modalità di iniezione di particelle/gocce e nuovi modelli di break-up primario e secondario. Inoltre sono stati aggiunti modelli per lo studio dell’interazione tra gocce e pareti. Nell’ambito del modello Euleriano-Euleriano sono disponibili un solutore accoppiato sulle frazioni di volume anche per flussi non-omogenei, è stato introdotto un modello di wall-boiling e nuovi “Population balance Models”.
- Modelli di combustione: sono stati introdotti nuovi modelli per la simulazione di motori a combustione interna quali Extended Coherent Flame Model, un modello di Auto-Ignizione, e modelli per tener conto dell’interazione fiamma-pareti e per il ricircolo di gas esausti.
- Cavitazione: in Fluent sono disponibili nuovi modelli di cavitazione, di cui uno è stato derivato da CFX
- Scambio termico: sono disponibili nuove modalità di simulazione con scambio termico coniugato sia attraverso solidi modellati in 2D, sia attraverso domini solidi posti in moto relativo rispetto al dominio fluido
- Interazione fluido-struttura: oltre alla possibilità di interazione fluido-struttura 1-way e 2-way tra ANSYS CFX e il solutore FEM è ora possibile eseguire analisi FSI 1-way con ANSYS Fluent all’interno di Workbench e sono disponibili nuove modalità di trasferimento dati anche su regioni 3D. Sono disponibili inoltre un solutore a 6 gradi di libertà integrato nel solutore CFD ed è possibile utilizzare il metodo “Immersed solids”.
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| Figura 7: Strutture turbolente generate durante un atterraggio |
ANSYS CFD 12: Conclusioni
Possiamo concludere che con la versione ANSYS 12 è stato completato il primo passo del processo di unificazione degli strumenti di simulazione fluidodinamica. Con ANSYS CFD 12 gli utenti di ANSYS CFX e ANSYS Fluent si troveranno ad usare i medesimi software di Pre e Post-processing seguendo un flusso di simulazione unico.
Rimangono divise la fase di set-up delle analisi e i due solutori, i quali continuano ad essere sviluppati separatamente, ma seguendo le stesse linee guida. I punti di forza dei due codici sono stati condivisi e una serie di modelli sono stati trasferiti da un codice all’altro secondo una logica di sinergia tra i due team di sviluppo. Volendo dare uno sguardo al futuro e utilizzando le parole del responsabile della ANSYS Fluid Business Unit, nei prossimi anni non verrà creato un nuovo codice CFD da zero, ma verrà finalizzata la fusione di ANSYS CFX e ANSYS Fluent, garantendo compatibilità con le precedenti versioni e dando visibilità agli utenti dei benefici della fusione.
Per maggiori informazioni:
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