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2024 R2 Fluent 技術更新

在Ansys Fluent® 2024R2流體的產品線中，持續增進求解器的性能以適應新產品迭代開發的複雜性應用，提高使用者的生產力輸出。

【針對GPU求解器更新的亮點】

在Ansys Fluent®最高階版本中，可使用GPU求解，原先的Multi-GPU求解器，現在也支援AMD的GPU顯卡，以容納更多新工業應用上需要的變數研究與擴展物理場。

  • 增加監控支援 (多種監控形式、包含了體積與質量的監控)

  • 在後處理中針對表面數據可以更快且可直接擷取 (Ansys Fluent®渲染器在GPU場與網格資料間更有效率的傳輸)

  • 支援變數設定 (重力、材料性質等的監控)

  1. 本次針對多孔隙模型更新 :

多孔隙模型的設定中，多孔隙界面(圖1.1)

增加壁面剪應力在多孔隙區域與非多孔隙區域間的交界面設定，增進模型的流體預測

勾選Wall Treatment的設定，針對下列的流動皆可分析:

  • 層流與紊流

  • 單相與多相流

  1. 在電子散熱的應用中，在ANSYS Icepak®的2D鰭片冷卻(圖1.2)(圖1.3)與Ansys Fluent®水冷散熱中(圖1.4)開啟GPU求解，有效降低求解時間，和以往使用CPU求解的時間相比有更大幅度躍進。

圖1.1

圖1.2

圖1.3

圖1.4

【Ansys Fluent®中網站式的人機介面-針對圖像與使用界面】

  1. 可以任意移動顏色顯示條(圖2.1)

  2. 加入探針功能，可以針對圖形上用探針取用位置、速度數值等(圖2.1)

  3. 鏡像功能,針對對稱物件分析，可以顯示出未建模的對稱面,降低網格數量的佈建與求解時間(圖2.1)

  4. 明亮的主題(圖2.2)

  5. 一次含括多監控內容顯示(圖2.3)

  6. 在樹狀管理的顯示中，可直接將相同性質的項目群組起來(圖2.4)

  7. 數據繪圖功能的增進(圖2.5-2.7)

  • 直方圖 (Histogram Plot)(圖2.5)

  • 累積圖 (Cumulative Plot)(圖2.6)

  • 表達式圖(Expression Plot)(圖2.7)

  1. 可跨程式(Ansys Fluent®->Excel)做數據的複製貼上功能(圖2.8)

  2. 多目標同時選取做編輯與設定(圖2.9)

  3. 在Ansys Fluent®內可直接建立參數最佳化分析(圖2.10)

圖2.1 圖2.2
圖2.3 圖2.4
圖2.5 圖2.6
圖2.7 圖2.8
圖2.9 圖2.10

 

【Ansys Fluent®中網站式的人機介面-針對伺服器端與HPC】

  1. 平行運算的管理模板(圖3.1)

  2. 網站式的啟動介面設置(圖3.2)

  3. 支援配置超時時間(圖3.3)

  4. 當中斷分析時，若網站伺服器運作正常，則會自動轉換成交互模式，將日誌紀錄下來。(圖3.4)

  5. 暫態的分析案，可以以時間步階暫停或繼續運算(圖3.5)

  6. 圖像運作功能可取消(圖3.6)

圖3.1 圖3.2
圖3.3 圖3.4
圖3.5 圖3.6

【DPM】

針對離散項模型(General Discrete Phase Model)的修改亮點

  1. 線性化預設改變

  • 增強源項(Source Term)線性化預設值，修改後DPM與Species Model質量流率從9%的間距縮小到0.1%(圖4.1)(圖4.2)

  1. 可用性與工作流程

  • 修復和客戶請求的報告擴展

  • 直徑分布表格(圖4.4):勾選差值選項(圖4.3)可實現更真實的噴霧現象

  1. CRW紊流彌散模型:替代掉原先的紊流彌散模型(Turbulent dispersion model)

圖4.1

圖4.2

圖4.3

圖4.4

【燃燒】

燃燒室模擬-穿孔壁面共軛熱傳耦合分析

穿孔的壁面模型已經可以被用來分析內燃燒筒(圖5.1)(圖5.2)

  • 因此可以考慮固體中未被解決的孔內熱傳影響，瞭解內燃燒筒的溫度分佈情形

圖5.1

圖5.2

【電化學】

本次電化學的部分針對了電池做以下四個更新

  1. 電池模型-通風模型(Venting Model)建立(圖6.1)

當電池過熱受到熱濫用的情況下，電池內部會產生高溫氣體噴出導致熱擴散，而可能進一步引起火災的風險。(圖6.2)

在這裡的通風模型，是由半經驗公式建立出來的，氣體的生成速率與熱濫用的反應速率相關。(在通風模型中:Species transport model或 Combustion model會被自動設定)

  1. 電池模型-浸沒式冷卻(Immersion Cooling)(圖6.3)

浸沒式冷卻的應用被用在電池的熱管理系統-冷卻液會沸騰

(分析時需同時開啟電池模型的設定和設定多相流模型的部分)

  1. 電池模型-其他增強功能(圖6.4)(圖6.5)

  • 針對獨立的熱濫用模型增強

(1)ARC(Accelerating rate calorimetry)測試數據可以被匯入做比較。

(2)提供更多的圖表做比較

(3)利用此工具可以微調濫用動力參數以獲得更好的數據匹配

  • 新增了數種電池性質從BPX(Battery Parameter eXchanger)的網站到Newman的P2D模型材料庫中。

  1. 燃料電池模型-質子交換膜(PEMFM)冷啟動模型

在真實的情況下，質子交換膜常在結冰的狀態下被啟動。冰存在內部的質子交換膜裝置中會阻塞擴散且降低多孔層的反應面積。(圖6.6)(圖6.7)

  • 允許在表達式中建立參數用於質子交換膜(PEMFM)與電解模型(Electrolysis Model)

  • 允許更多客製化UDF建立於電解模型中

DEFINE_ELECTROLYSIS_RELATIVE_PERMEABILITY (name, c, t, rp, s)

DEFINE_ELECTROLYSIS_ECHEM_RATE (name, c, t, f)

圖6.1

圖6.2

圖6.3

圖6.4

圖6.5

圖6.6

圖6.7

【網格製作】

此次在Ansys Fluent® Meshing中新增的亮點:水密的薄層體網格建置(圖7.1)

  • 新的功能可以增加層網格在薄區域

    • 演算法可以自動過渡到局部龐大區域中的非結構性網格。

    • 支援其他所有體網格法的填充方的共形連結。

  • 薄層網格的控制方式與多區域控制方法相似

    • 選擇參數(層的數量等)

    • 選取區域

    • 選取填充面:來源面(Source face)與目標面(Target face)

    • 進階選項

  • 疊層選項

    • 在模型建模使用疊層可以排列在全域的X,Y,Z 軸上對齊，選項基於一個或多種關鍵因子選擇可以半自動分配來源面和目標面的選擇。

【針對薄層網格的應用範例】馬達氣隙的網格建置

操作方式可以參考下列說明，再依據需求修改調整

  • 生成面網格

按角度區隔生成區域的單獨邊界面

  • 生成體網格(圖7.2)

Step1. 在Describe Geometry下插入薄層體積的控制項目

Step2. 設定間隔數:5

Step3. 勾選Double Biasing,填入值1.3

Step4. Stair Step Option選項選擇Standard

Step5. 選取氣隙要佈建的區域

Step6. 按一下紅框內的箭頭，選取來源區域

Step7. 點選紅框內的箭頭，選取目標區域

Step8. 更新即可開始生成薄層體網格

註:在Stair Step Option中有兩個選項，網格分別生成如(圖7.3)

選擇Standard會使得薄層網格生成，在遇到有體積變化的大塊區域仍能保持一致性的分層

選擇Aggressive選項會使得薄層網格在非薄層網格的區域階梯化，但此選項在某些應用中可以增進分析的穩健性。 

圖7.1

圖7.2

圖7.3

 

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