Ansys Fluent
功能
應用
案例
Ansys Fluent 流體仿真軟件
Ansys Fluent 是業(yè)界領先的流體仿真軟件，以其先進的物理模型和行業(yè)領先的分析精度著稱。
NO.1 軟件概覽
Ansys Fluent 是全球排名領先的通用計算流體動力學（CFD）商業(yè)軟件, 它采用 CFD 數(shù)值模擬技術，為全球范圍內(nèi)各個行業(yè)的工程師提供流體問題的解決方案，是當今全球應用范圍廣泛、功能強大的商業(yè) CFD 軟件。如今，全球數(shù)以千計的公司得益于 Ansys Fluent 這一工程設計與分析軟件。
Ansys Fluent 讓您有更多時間進行創(chuàng)新和優(yōu)化產(chǎn)品性能。使用經(jīng)過廣泛應用驗證的軟件，您完全可以信賴仿真結(jié)果。借助 Ansys Fluent，您可以創(chuàng)建高級物理模型并分析各種流體現(xiàn)象——所有工作都在同一個可定制的直觀空間中完成。
NO.2 適用領域
1.輻射傳導熱分析
2.聲學與噪聲分析
3.燃燒與化學反應分析
4.流固耦合分析
5.相變、多相流分析
6.用戶自定義
NO.3 主要特征
1.順暢的工作流程
通過面向網(wǎng)格劃分和應用設置的流程化模板加快前處理和后處理速度。
Fluent 具有可定制的、基于任務的前處理工作流程，加速生成高質(zhì)量的 CFD 網(wǎng)格。這些工作流程適用于”干凈“ CAD 和”臟“ CAD 模型。簡化的應用工作流程旨在幫助減少用戶所需的點擊次數(shù)和設置的窗口面板數(shù)量。這些工作流程包括多相流、電池、形狀優(yōu)化、空氣動力學等。
2.電池模型
通過快速、準確的仿真提升您的電池設計和安全。電化學可用于老化和壽命預測。電池熱管理和失控仿真可確保最佳性能和安全性。通過提取關鍵熱特性，降階模型（ROM）可以在幾秒鐘內(nèi)來分析溫度的變化。
3.電機冷卻
實現(xiàn)更高功率、更高效率的設備，電機冷卻至關重要。Fluent 可用于確定最合適的電機冷卻路徑。無論是自然冷卻、水冷還是噴油冷卻，都可以進行優(yōu)化以確保不影響電機效率，并且不損壞磁鐵。
4.湍流建模
多種湍流模型可供選擇，您可針對應用場景選擇最合適的模型。Fluent 提供了廣泛的湍流模型，包括行業(yè)領先的廣義k-ω (GEKO) 模型。GEKO 是一個革命性的概念，具有可調(diào)系數(shù)，可以根據(jù)不同的流動特性進行調(diào)整。
5.多相流
準確仿真多相流，包括氣-液 、液-液、氣-固、顆粒流甚至 DEM。當您從單相流應用轉(zhuǎn)向多相流應用時，需要采用不同的建模手段，而 Ansys 能夠充分了解您的需求。為了幫助準確預測這些具有挑戰(zhàn)性的流動，我們提供了廣泛的氣體、液體、固體、顆粒流動甚至 DEM 模型，以便為您提供最準確的結(jié)果。
6.燃燒模型
準確的燃燒模型使您能夠深入了解系統(tǒng)性能和流動現(xiàn)象。
準確的燃燒模型對于精確混合湍流、化學組分以及它們之間的相互作用至關重要。Fluent 可為您的燃燒應用提供準確且經(jīng)過驗證的反應流模型。
7.流固耦合
根據(jù)壓力和/或熱載荷準確預測流固耦合。解決您的流固耦合挑戰(zhàn)，確保實現(xiàn)安全、可靠和經(jīng)過優(yōu)化的產(chǎn)品。Fluent 既可以獨立解決 FSI 問題，也可以與 Ansys Mechanical 耦合，以進行最復雜的仿真。
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Ansys Fluent 作為一款強大的計算流體動力學（CFD）仿真軟件，應用領域十分廣泛，以下是其主要應用領域：
航空航天領域
飛行器設計：用于模擬飛機、衛(wèi)星等飛行器的外流場，分析其空氣動力學性能，如升力、阻力、力矩等，幫助優(yōu)化飛行器的外形設計，提高飛行效率和穩(wěn)定性 。例如，在新型飛機的設計過程中，通過 Fluent 模擬不同機翼形狀和機身結(jié)構(gòu)下的氣流流動情況，選擇最優(yōu)設計方案 。
發(fā)動機設計：對航空發(fā)動機內(nèi)部的燃燒過程、氣流流動以及傳熱傳質(zhì)進行仿真，優(yōu)化發(fā)動機的燃燒室結(jié)構(gòu)、噴管設計等，提升發(fā)動機的性能和可靠性，降低油耗和噪音。
汽車領域
汽車外形設計：模擬汽車在行駛過程中的外流場，分析車身表面的壓力分布、氣流分離情況等，以降低風阻，提高燃油經(jīng)濟性和車輛的穩(wěn)定性。比如，通過優(yōu)化汽車的前臉、后視鏡、車尾等部位的設計，減少空氣阻力，提升車輛的動力性能和續(xù)航里程 。
發(fā)動機艙熱管理：對發(fā)動機艙內(nèi)的冷卻氣流流動和散熱情況進行模擬，確保發(fā)動機等關鍵部件在合適的溫度范圍內(nèi)工作，提高發(fā)動機的性能和壽命，同時也有助于優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)的性能 。
能源汽車電池熱管理：針對新能源汽車的電池包，模擬電池在充放電過程中的熱生成和散熱過程，設計合理的冷卻系統(tǒng)，確保電池的溫度均勻性和安全性，延長電池的使用壽命 。/p>
能源領域
燃氣輪機設計：用于燃氣輪機的燃燒模擬、流場分析以及葉片冷卻設計等，提高燃氣輪機的效率和可靠性，降低維護成本 。
太陽能光伏系統(tǒng)：模擬太陽能電池板表面的氣流流動和溫度分布，研究其對電池板發(fā)電效率的影響，優(yōu)化光伏系統(tǒng)的安裝方式和散熱設計，提高太陽能的利用效率 。
風力發(fā)電：對風力發(fā)電機的葉片進行流場分析，優(yōu)化葉片的形狀和結(jié)構(gòu)，提高風能的捕獲效率和發(fā)電功率，同時降低葉片的疲勞載荷和噪音。
化工領域
化學反應器設計：模擬化學反應器內(nèi)的流體流動、傳熱和化學反應過程，優(yōu)化反應器的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，提高反應效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
化工管道系統(tǒng)：分析化工管道內(nèi)的流體流動特性，如流速分布、壓力損失等，優(yōu)化管道的布局和尺寸，確?；ち黧w的安全、穩(wěn)定輸送，防止堵塞和泄漏等問題 。
電子設備領域
電子元件散熱設計：模擬電子元件如芯片、散熱器等的散熱過程，優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)和材料，提高電子設備的散熱性能，防止過熱導致的性能下降和故障，確保電子設備的可靠性和穩(wěn)定性 。
數(shù)據(jù)中心冷卻：對數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)和氣流組織進行模擬，優(yōu)化冷卻方案，提高冷卻效率，降低能耗，確保數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務器等設備在合適的溫度和濕度環(huán)境下運行 。
生物醫(yī)學領域
人體血液循環(huán)系統(tǒng)模擬：通過建立人體血管的三維模型，模擬血液在血管內(nèi)的流動情況，研究心血管疾病的發(fā)病機制，評估醫(yī)療器械如血管支架、心臟起搏器等對血液流動的影響，為心血管疾病的診斷和治療提供依據(jù) 。
呼吸過程模擬：模擬人體呼吸道內(nèi)的氣流流動和氣體交換過程，研究呼吸疾病的病理生理機制，優(yōu)化呼吸治療設備的設計，如呼吸機、霧化器等，提高治療效果 。
海洋工程領域
船舶設計：分析船舶在水中的航行阻力、興波特性以及螺旋槳的水動力性能等，優(yōu)化船舶的外形和推進系統(tǒng)設計，提高船舶的航行速度和燃油經(jīng)濟性，降低噪音和振動 。
海洋平臺設計：模擬海洋平臺周圍的水流場和波浪載荷，評估平臺的穩(wěn)定性和安全性，優(yōu)化平臺的結(jié)構(gòu)設計，確保其在惡劣海洋環(huán)境下的可靠運行 。
建筑環(huán)境與設備工程領域
建筑物通風與空調(diào)系統(tǒng)設計：模擬建筑物內(nèi)的氣流組織和溫度分布，優(yōu)化通風和空調(diào)系統(tǒng)的布局和運行參數(shù)，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適性，降低能耗 。
火災與煙霧模擬：在建筑火災安全研究中，模擬火災發(fā)生時的煙霧流動和擴散情況，評估建筑物的防火性能和疏散通道的安全性，為火災預防和應急救援提供科學依據(jù) 。
作為光伏發(fā)電最為重要的設備，光伏面板及組件的市場競爭越來越激烈。光伏面板在實際使用過程中，不同的地區(qū)所受的太陽照射強度不一、常年的季風風向和角度不一，導致光伏面板及組件需要在應對不同地區(qū)的工作條件時確保可靠性和穩(wěn)定性。Ansys 流固耦合方案可以完美地滿足該產(chǎn)品研發(fā)的仿真需求。
客戶簡介
通威太陽能是中國 500 強企業(yè)通威集團有限公司旗下品牌，深度切入太陽能發(fā)電核心產(chǎn)品的研發(fā)、制造和推廣。目前電池年產(chǎn)能超過 90GW，連續(xù) 7 年成為全球產(chǎn)能規(guī)模和出貨量最大，盈利能力最強的太陽能電池企業(yè)。產(chǎn)業(yè)包括高純晶硅、太陽能電池、高效組件和漁光一體等。組件形成了五大技術優(yōu)勢，具有更低的工作溫度、優(yōu)越的載荷能力、更高的轉(zhuǎn)換效率、優(yōu)異的弱光性能、卓越的抗 PID 能力。目前借助 Ansys 繼續(xù)擴大組件的技術優(yōu)勢，保證市場的領先地位。
挑戰(zhàn)和需求
通威太陽能在光伏組件產(chǎn)品開發(fā)過程中，光伏面板在不同地區(qū)收到的太陽輻射不同，導致了面板溫度的不確定。
由于光伏項目通常在光照較好的空曠地區(qū)，所以面板組件通常受到較強的風力影響，這對組件支撐結(jié)構(gòu)的受力變形提出了較高要求。
通過仿真模擬手段對不同材料、不同組件結(jié)構(gòu)進行虛擬實驗，獲得滿足標準強度要求的產(chǎn)品方案。
解決方案
通威太陽能組件部門通過 Ansys Fluent 對光伏面板及組件進行流場模擬，得到某地區(qū)光照和風力條件下的溫度場、速度場分布，獲得了面板組件的溫度分布、風壓載荷。
在 Ansys Workbench 仿真平臺中，通過 Ansys Mechanical 與 Fluent 耦合，分析了在光照、風載、自重等多重影響下的光伏組件結(jié)構(gòu)強度，得到了不同方案對應的結(jié)構(gòu)應力、變形等。
通過模擬結(jié)果與實驗對比，減少實際產(chǎn)品開發(fā)中的實驗次數(shù)，加速開發(fā)周期，節(jié)約開發(fā)成本。
相關Ansys軟件
·Ansys Mechanical
·Ansys Fluent
·HPC
最終成果
利用 Ansys 結(jié)構(gòu)流體仿真軟件，我們在組件產(chǎn)品開發(fā)中對新產(chǎn)品的不同材料和不同結(jié)構(gòu)進行方案的評估和虛擬測試，篩選出最優(yōu)方案。通過模擬與實驗對比結(jié)果，確定了我們內(nèi)部的仿真流程和標準，在新產(chǎn)品開發(fā)中利用模擬替代實驗，節(jié)約了風洞實驗成本數(shù)十萬，縮短 20%的產(chǎn)品研發(fā)周期。
