ansys哪個(gè)版本最好用(ansys哪個(gè)版本最好用2019)

ANSYS Fluent 2022 R1版本在前處理、求解器和后處理方面的性能都有很多改善，使流場(chǎng)仿真功能更全面、流程更高效。本文將從這三個(gè)方面，介紹新版本軟件的主要功能更新。

1）復(fù)雜模型處理性能

現(xiàn)在，使用Fluent計(jì)算的模型越來(lái)越大、越來(lái)越復(fù)雜，很多時(shí)候一個(gè)計(jì)算模型中會(huì)包含大量的域，軟件的處理性能也隨之降低。2022 R1版本軟件，針對(duì)含有大量計(jì)算域的問(wèn)題，在各種命令執(zhí)行、圖形顯示以及讀寫(xiě)方面都有了全面的改進(jìn)。

如表1，顯示了用戶(hù)界面下不同命令性能的改善，尤其對(duì)于含有10000個(gè)以上計(jì)算域或邊界的問(wèn)題，例如鋰電池Pack，速度可提升5-6倍。

2）替換部件劃分網(wǎng)格

在Fluent Meshing容錯(cuò)幾何網(wǎng)格（FTM）流程中，增加了部件替換選項(xiàng)，可以增加、移除或替換模型中的幾何對(duì)象，而不需要對(duì)整個(gè)模型都進(jìn)行網(wǎng)格重劃分，使設(shè)計(jì)變更迭代更加高效，功能支持所有類(lèi)型的網(wǎng)格，能夠在面網(wǎng)格和體網(wǎng)格兩個(gè)級(jí)別實(shí)現(xiàn)部件的替換。例如汽車(chē)外氣動(dòng)計(jì)算時(shí)，可以替換后視鏡、擾流板等部件，考察新設(shè)計(jì)方案對(duì)流場(chǎng)的影響。

圖2. 替換部件網(wǎng)格

3）邊界層連接

FTM流程中的添加邊界層任務(wù)，增加了邊界層后處理方法，當(dāng)相鄰的計(jì)算域之間邊界層分辨率不同時(shí)，可以選擇Continuous，即使用非一致連接，避免使用默認(rèn)的Stair-Stepping產(chǎn)生臺(tái)階過(guò)渡，改善邊界層區(qū)域厚度的一致性。

圖3.不同邊界層方法對(duì)比

4）表達(dá)式功能增強(qiáng)

之前版本的表達(dá)式，已經(jīng)能夠使用Reduction Function例如平均、通量，獲取進(jìn)、出口、壁面等邊界上的數(shù)據(jù)，新版本將該功能進(jìn)行了擴(kuò)展，可以使用這些函數(shù)獲取自定義面上的數(shù)據(jù)；如果模型中包含多孔介質(zhì)域，可以考慮其對(duì)力的貢獻(xiàn)。

圖4. 自定義平面和多孔介質(zhì)用于表達(dá)式

1）多GPU求解器

2022 R1版本的Fluent，推出了一個(gè)全新的多GPU求解器，盡管還是Beta功能，有一定的應(yīng)用局限，但是測(cè)試結(jié)果顯示出了驚人的結(jié)果。如圖5所示的汽車(chē)外氣動(dòng)模擬，采用1.05億網(wǎng)格，單精度+GEKO模型，在一個(gè)A100 80G顯卡上運(yùn)行，每2s可迭代一次，從初始化到收斂?jī)H用了20分鐘。一個(gè)NVIDIA A100 GPU的計(jì)算性能相當(dāng)于640個(gè)AMD Milan核，ANSYS一些內(nèi)部測(cè)試顯示，GPU服務(wù)器與同等的HPC集群相比，功耗降低了4倍，硬件成本降低了7倍。

圖5. GPU求解器加速比

2）專(zhuān)用的航空氣動(dòng)模擬界面

Fluent引入了一個(gè)新的氣動(dòng)界面，專(zhuān)門(mén)用于航空外氣動(dòng)模擬，完整的實(shí)現(xiàn)從網(wǎng)格導(dǎo)入到結(jié)果后處理整個(gè)流程，并整合了最新的求解器和收斂增強(qiáng)功能，適用于亞音速到高超音速流動(dòng)，也可以在界面內(nèi)實(shí)現(xiàn)飛行條件參數(shù)化計(jì)算。

圖6. Fluent Aero Workspace

3）氣動(dòng)噪聲

ANSYS Sound是一款后處理工具，可以通過(guò)聲音質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和聽(tīng)覺(jué)測(cè)試對(duì)聲音進(jìn)行分析和優(yōu)化。Fluent 2021版本即增加了與ANSYS Sound的接口，2022 R1版本將該功能進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了一個(gè)“ Ansys SoundAnalysis”對(duì)話窗口，可以使用來(lái)自某個(gè)位置的聲壓信號(hào)，并應(yīng)用一個(gè)傳遞函數(shù)來(lái)模擬給定位置的聲音，如果有多個(gè)聲源，例如風(fēng)噪、HVAC噪聲和電機(jī)噪聲，還可以分析在接收器位置這些聲源的合成效果。

可以使用單一部件的噪聲，如HVAC來(lái)預(yù)測(cè)艙內(nèi)噪聲，這樣就可以在不建立艙內(nèi)模型的情況下評(píng)估HVAC設(shè)計(jì)對(duì)噪聲的影響。

圖7. Ansys Sound Analysis界面

4）PCB Model

Fluent 2022 R1增加了一個(gè)非常好的工作流程“PCBModel”，可以將Icepak的設(shè)置導(dǎo)入到Fluent中進(jìn)行更高級(jí)的熱分析。

如果模型包含更復(fù)雜的幾何、需要使用Fluent Meshing創(chuàng)建網(wǎng)格或者需要考慮冷凝等物理現(xiàn)象，而Icepak并不能滿(mǎn)足需求時(shí)，就可以使用Fluent讀入Icepack的文件和信息，包括ECAD的Trace、層、金屬百分比來(lái)計(jì)算PCB的各向異性導(dǎo)熱系數(shù)，F(xiàn)luent會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建施加于PCB的固體材料，也可以讀入功率map分布。

圖8. Fluent PCB模型的應(yīng)用

5）鋰電池仿真功能

在鋰電池仿真方面，第一個(gè)更新的功能是增加了新的基于物理的電池壽命模型，使用電化學(xué)原理而不是之前的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)預(yù)測(cè)電池容量衰減，能夠捕捉固體-電解質(zhì)界面（SEI）層生長(zhǎng)和析鋰。

圖9. 鋰電池壽命模型曲線

Fluent在模擬單個(gè)鋰電池模組和冷卻結(jié)構(gòu)方面已有了很高效的流程，在此基礎(chǔ)上，增加了電池Pack生成工具（Pack Builder），可以使用已有的水冷板和復(fù)制/粘貼電池模組，簡(jiǎn)化Pack模型的組裝和設(shè)置，通過(guò)Pack模擬獲得模組與模組之間的差異。

圖10. 鋰電池Pack生成工具

利用Ansys TwinBuilder的LTI和SVD ROM，可以在秒級(jí)得到3D瞬態(tài)熱結(jié)果，提高電池循環(huán)工況仿真的效率。之前版本的Fluent需要利用ACT、UDF和腳本為ROM提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)，2022 R1版本設(shè)置了LTI和SVD ROM工具可自動(dòng)生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)，極大減少人工生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)的時(shí)間，

圖11. 鋰電池ROM工具

6）間隙模型

當(dāng)使用動(dòng)網(wǎng)格、Overt網(wǎng)格或者滑移網(wǎng)格模擬閥類(lèi)、泵類(lèi)的開(kāi)閉問(wèn)題時(shí)，會(huì)涉及到小間隙處流場(chǎng)的處理，此時(shí)可以使用間隙模型（Gap Model）。Fluent 2021R1將間隙處的流動(dòng)完全阻塞，而2022R1版本，增加了一種新的使用人工粘度的方法，這種方法的好處是不需要進(jìn)行域分割，網(wǎng)格拓?fù)洳蛔儯虼擞?jì)算穩(wěn)定性更好，尤其是對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)如齒輪泵、容積泵等。

圖12. 間隙模型的應(yīng)用

7）湍流優(yōu)化器

Fluent 2022R1版本，可以使用伴隨求解器來(lái)訓(xùn)練湍流模型，尤其是GEKO模型，能夠獲得類(lèi)似于高保真度的尺度解析模擬結(jié)果，而不必花費(fèi)很高的計(jì)算成本。

這種方法是利用梯度優(yōu)化器，但不是優(yōu)化幾何而是優(yōu)化GEKO湍流模型的系數(shù)，軟件運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)并為湍流模型系數(shù)構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以在以后的模擬中使用來(lái)獲得類(lèi)似于尺度解析模型的結(jié)果。

工作流程分為兩步，第一步是訓(xùn)練，優(yōu)化湍流系數(shù)來(lái)匹配高保真或者試驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)化目標(biāo)可以是標(biāo)量數(shù)據(jù)如阻力系數(shù)，也可以是場(chǎng)數(shù)據(jù)，如從SBES仿真結(jié)果獲取的時(shí)間平均速度等，然后來(lái)設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，歸納優(yōu)化的GEKO系數(shù)與流場(chǎng)特征之間的關(guān)系；第二步是運(yùn)用，將設(shè)計(jì)好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)整合到其他類(lèi)似的模擬中。

圖13. 湍流優(yōu)化器的應(yīng)用

后處理方面，增加了視角同步功能，可以從相同視角查看多個(gè)視圖，用于視覺(jué)對(duì)比；增加了一些新的渲染材料，改善了模型渲染的靈活性；可以輸出流線動(dòng)畫(huà)等。

2022 R1版本的Fluent，增加了一個(gè)新的后處理分析工作界面作為Beta功能，使用Ensight后臺(tái)，圖形界面仍保持Fluent圖形對(duì)象模式，提供了瞬態(tài)結(jié)果后處理功能和案例對(duì)比功能，能夠按步執(zhí)行瞬態(tài)結(jié)果文件并創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)，可以加載多個(gè)數(shù)據(jù)集并對(duì)比結(jié)果。

圖14. 后處理：視圖對(duì)比和后處理界面

除了上述功能之外，ANSYS Fluent 2022 R1在旋轉(zhuǎn)機(jī)械仿真流程、燃燒、多相流模型等方面也有重要的改進(jìn)，本文不再一一詳述，這些功能改進(jìn)無(wú)疑帶來(lái)了更全面的性能、更高效的仿真流程和更強(qiáng)的可靠性。

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作者：沈陽(yáng)安世亞太 王鑫鑫