Блог

Как не жертвовать точностью расчёта ради скорости подготовки модели в CFD расчётах

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

При подготовке геометрии и построении сетки для расчётов вычислительной гидрогазодинамики (CFD, computational fluid dynamics) пользователи зачастую сталкиваются с необходимостью сложного выбора. С одной стороны, очень важными факторами являются точность и достоверность модели. CFD расчёты позволят снизить объём натурных испытаний только в том случае, если результаты расчётов будут достаточно близко соответствовать реальности. Но высокая точность и достоверность результатов достигается не без усилий. Сложные геометрические модели требовали много часов кропотливой ручной работы по подготовке к построению сетки. Ввиду этого использование приёмов, которые сокращают время ручной работы, является довольно заманчивым. Однако такие инструменты зачастую приводят к снижению точности или достоверности расчётов, причём не существует способа узнать, насколько именно. Например, если элементы в пограничном слое построены не должным образом, результаты по аэродинамическому сопротивлению могут быть сильно ошибочны.

 

Ускорение и упрощение препроцессинга и построения сетки: девять новых возможностей

Я не терплю компромиссов, когда речь идёт о качестве результата, и советую вам придерживаться того же мнения. Именно по этой причине на протяжении нескольких последних релизов ANSYS я освещал в блоге вопросы, связанные с подготовкой модели и построением сетки. За последние месяцы мы внедрили девять улучшений и новых инструментов, которые призваны ускорить и упростить препроцессинг и построение сетки. Мы достигли впечатляющего результата: для сложных моделей время, затрачиваемое на препроцессинг, сократилось на 60-80%.

Расчёты CFD используются в различных сферах применения и отраслях инженерии, при этом используемые модели сильно различаются по размеру и сложности. К примеру, в автомобилестроении инженерам приходится иметь дело как с простыми расчётами потока в трубопроводе, так и со сложными объектами, такими как генераторы, выпускные коллекторы и каталитические преобразователи. В конечном итоге, наиболее сложным объектом является модель автомобиля в целом. На таких моделях традиционные методы импорта, очистки геометрии и построения сетки работают плохо. Я опишу два улучшения, которые особенно понравятся тем, кто работает с очень объёмными и сложными геометрическими моделями.

Импорт больших и сложных моделеЙ

Импорт больших и сложных сборок может представлять существенную трудность. Для многих из них целесообразно задавать различные настройки качества аппроксимации неплоских поверхностей (faceting quality), что обеспечивает нужный уровень детализации в требуемых зонах и не приводит к лишним затратам времени на расчёты в областях меньшей важности. К примеру, при одновременном расчёте аэродинамики внешней поверхности автомобиля и подкапотного пространства на отдельных компонентах, таких как вентиляторы, решётки и внешняя поверхность, требуется высокое качество аппроксимации (faceting quality), в то время как остальные поверхности могут быть переданы в сеточный генератор с низким качеством. Другой проблемой является необходимость импорта исходной CAD модели всей конструкции, из которой затем необходимо извлечь несколько частных моделей, причём к ним могут предъявляться различные требования по faceting quality. Ранее пользователям приходилось импортировать твердотельную геометрию с максимально возможным качеством аппроксимации для всех поверхностей в модели. Это приводило к большим размерам рабочих файлов, долгому ожиданию при загрузке и долгому времени отклика программы.

Очень большие и сложные модели теперь можно импортировать на 36% быстрее благодаря новому интегрированному модулю CAD management

Новый модуль CAD Assembly позволяет задать для каждого тела, детали или подсборки собственный уровень качества аппроксимации (faceting quality), начиная от самого низкого и заканчивая высокой детализацией для поверхностей, критичных для CFD расчётов. Каждая деталь или поверхность получает именно то качество сетки и уровень детализации, которое хочет пользователь. CAD-геометрия преобразовывается во внутренний формат, благодаря чему существенно ускоряются процессы аппроксимации поверхностей (re-faceting) и построение по ним сетки. Кроме того, становится возможным изменение качества аппроксимации (faceting quality) на последующих этапах. Связь между исходной CAD-моделью и моделью для расчёта сохраняется, что облегчает обновления и внесение изменений в модель. Внутреннее тестирование описанной технологии на модели наружного обтекания автомобиля GM Cadillac показало, что время ручной работы над моделью сократилось на 36% по сравнению с работой в прошлой версии ANSYS. Кроме того, в дереве построения модели используется иерархия подсборок, деталей и тел, полученная непосредственно из CAD-файла сборки, так что пользователи не будут испытывать проблем при необходимости замены той или иной детали на новую.

Автоматическое создание сетки с помощью скриптов

Для больших и сложных моделей, особенно для тех, где необходимо исследование большого числа вариантов геометрии, упрощение процесса построения сетки, задания настроек решателя и препроцессинга в целом возможно с помощью автоматического создания сетки с использованием скриптов. Пример такой задачи – оптимизация контуров капота автомобиля. Некоторые аспекты этой задачи, с одной стороны, являются достаточно важными для получения достоверных результатов, а с другой стороны могут быть легко упущены при использовании традиционных подходов. К примеру, в компании Volvo стояла задача проектирования формы капота исходя из того, что поток, сходящий с капота у стойки лобового стекла, должен создавать как можно меньше шума. Автоматическое построение сетки с помощью скриптов основано на технологии обертывании геометрии (wrapping) и объединяет наборы твёрдых тел из одного материала в единый объект. При этом осуществляется триангуляция и проецирование исходной сетки в декартовой системе координат на имеющуюся геометрию. В случае внутренних потоков применяемый подход аналогичен надуванию воздушного шарика до того момента, пока он не коснётся всех внутренних стенок и не заполнит все зазоры. Обертывание геометрии (wrapping) позволяет получить объём, соответствующий жидкой среде, и представить все аспекты геометрической модели с помощью полученной сетки, а не с помощью геометрического CAD-ядра. Использование скриптов сокращает объём ручной работы с моделью на 40% и более. С помощью описанного подхода подготовка высококачественной сетки для исследования модели автомобиля целиком теперь занимает всего два-три дня.

Автоматическое построение сетки с помощью скриптов существенно уменьшило время подготовки данной модели капота автомобиля (изображение предоставлено Volvo)

Теперь вы избавлены от компромиссов (по крайней мере, в области препроцессинга и построения CFD сетки)

Выше были описаны только два аспекта из недавнего ряда усовершенствований, призванных ускорить CFD расчёты. Этим и другим усовершенствованиям посвящен наш вебинар «Better, Faster Prep and Meshing in ANSYS CFD», а также обзорная статья fluids prep and meshing.

Теперь вы действительно можете осуществлять подготовку геометрии и построение сетки без компромиссов, получая непревзойдённую точность расчётов при существенном сокращении времени ручной работы (при использовании новых инструментов и скриптов это сокращение составляет до 80%). Если вы не пробовали производить CFD расчёты в последней версии ANSYS, вы вообще не пробовали ANSYS.

Узнайте, как можно получить бесплатную пробную версию.

Источник: http://www.ansys-blog.com/speed-and-simplify-ansys-cfd-prep-meshing/
Автор: Bill Kulp

Понравился материал? Подпишитесь, чтобы быть в курсе событий

Facebook

Linkedin

Софт Инжиниринг Групп