通过 ANSYS Discovery 进行 CFD 分析，增强工程设计

概括

工程师使用计算流体动力学 (CFD) 分析来研究和优化各种应用中的流体流动和传热分析。ANSYS Discovery 是一个用户友好的软件平台，使工程师能够轻松设置和解决 CFD 模型，并能够通知设计修改 

在这篇博文中，我们将重点介绍在 Ansys Discovery 中使用 CFD 分析进行工程设计的优势，这有助于在产品开发的初始阶段节省时间。我们将详细介绍设置流体和热分析模型的过程，以及使用 ANSYS Discovery 的探索和细化模式进行 CFD 模拟。我们还将讨论网格细化过程，强调这些模式之间的相似之处和不同之处。此外，我们将比较 ANSYS Discovery 在细化模式下的功能与 ANSYS Fluent 的功能。然后，我们将探讨如何在 ANSYS Discovery 中设置和使用参数研究。最后，我们将深入研究流体域及其周围固体壁的共轭传热分析。每个部分都将附有视频，以提供清晰的示例并说明所讨论的概念。

 

1.配置 ANSYS Discovery CFD 模型

在本节中，我们将探索如何在 ANSYS Discovery 的模型模式下设置 CFD 模型。首先，我们选择一个预先构建的示例并修改几何图形以满足我们的需求。之后，我们检查几何图形中的错误和缺陷，使用 Discovery Design 工具进行必要的修复，并从实体模型中提取体积以定义流体域。接下来，我们指定边界条件，例如入口和出口速度、温度和压力，并通过选择流体材料、指定流体特性、初始温度等来设置问题的物理特性。

2. 在 ANSYS Discovery 中求解 CFD 模型：探索模式

ANSYS Discovery 中有两种模式可用于求解 CFD 模型：探索和优化。在探索模式下，我们可以快速获得初始解决方案，对流动行为有一个大致的了解，并确定任何潜在问题或需要改进的领域。

我们将运行 CFD 模型，并向您展示如何执行基本的后处理任务，并通过生成轮廓图、矢量动画和流线图来可视化域中的流动模式、速度分布和温度梯度。这将使我们能够深入了解流动行为并识别任何高混合、再循环或传热的区域。

 

3. 探索模式下的网格细化

为了提高探索模式下初始解决方案的准确性，我们可以细化用于几何离散化和求解 CFD 方程的网格。细化的程度取决于所需的精度和可用的计算资源。

在此模型中，我们使用了一些网格划分功能（例如全局保真度和尺寸预览）来提高整个域的网格质量。我们进行了网格研究，以了解网格密度和元素大小如何影响结果，例如混合热水和冷水以及确定域中的最大速度和温度。

 

4. CFD 模型改进：细化模式

ANSYS Discovery 的细化模式可用于提高 CFD 模型的准确性和细节，并获得比使用探索模式更精确的结果。
局部网格细化可以通过使用局部保真度来实现，这使我们能够专注于我们感兴趣的域的特定部分，并在那里获得更准确的流动行为。我们还可以控制域的曲率和接近度的网格划分方案，这可以提高我们模拟的可靠性，特别是在预测压降或传热等值时。在此模式下，可以访问网格元素和节点的网格信息，以及网格正交性和纵横比等网格质量指标。

使用细化模式，我们可以选择湍流模型、设置收敛标准、更改残差以及设置瞬态模拟中的时间步长等，从而更好地控制解决方案。此外，在 ANSYS Discovery 2023R2 版本中，GPU 计算在探索和细化模式下均可用。此外，ANSYS 2023R2 提供四面体和多面体网格划分选项。ANSYS Discovery 中的细化模式可以提供高度精确的 CFD 模拟结果，这些结果可与从 ANSYS Fluent 和 CFX 获得的结果相媲美。但是，与 ANSYS 中的其他 CFD 求解器相比，ANSYS Discovery 解决方案的设置速度更快、更简单。
总体而言，ANSYS Discovery 中的细化模式使我们能够微调 CFD 模型，实现更高的精度，并对获得的结果更有信心。这可以大大加快工程设计和产品开发流程。

5. 参数研究与设计修改

使用 ANSYS Discovery 的探索模式可以提供快速直观的解决方案，帮助做出有关 CFD 模型的明智设计决策。此外，我们可以使用探索模式通过更改输入参数并检查其影响来执行敏感性分析。这使我们能够优化设计并确定影响流体流动和传热行为的关键参数。

我们可以使用参数研究来确定需要改进的领域，并进行设计更改以优化 CFD 模型的性能。在我们的参数研究中，我们调整边界条件（例如流速和温度）以及模型的几何特征，作为 CFD 模型中的关键参数。我们使用一系列这些参数构建测试用例，并检查 CFD 模型中混合过程的改进。需要注意的是，在 ANSYS Fluent 和 CFX 中无法修改几何形状，因此我们需要一个单独的 CAD 建模工具（例如 SpaceClaim）来进行更改。然后，我们可以将模型返回到 ANSYS CFD 求解器以设置和求解新模型。但是，使用 ANSYS Discovery，我们可以在程序内部对问题的几何形状和物理进行所有更改，这是一个巨大的优势。我们不需要退出程序，一切都在 Discovery 内部集成和开发。

一旦我们从分析中获得了见解，我们就可以修改几何形状、调整边界条件或优化系统组件以实现所需的性能目标。这个迭代过程使我们能够微调设计并实现最佳结果。

 

6. 共轭传热分析

在最后一节中，我们通过共轭传热分析探索流体域和周围固体中的传热。除了已分配给流体域的流体和热条件外，我们还包括弯头壁的热边界条件。我们首先将热流条件应用于固体，解释在 Ansys Discovery 中进行共轭传热的设置，然后求解模型并在探索模式下显示结果。然后，我们研究在固体中引入新材料和新热条件的影响，利用 Discovery 分析中嵌入的监视器来分析效果；我们将壁材料改为铜合金，然后添加绝缘材料，观察这些修改如何影响结果。我们通过展示细化模式下模型的设置和求解来结束本部分，以全面探索 Ansys Discovery 中的共轭传热分析。