22 февраля 2016г.
Программный комплекс FlowVision предназначен для виртуального продувания различных объектов с целью исследования их аэродинамики. Поддерживаются различные скорости набегающего потока, а также задание степени турбулентности (возмущѐнности), анализируется в работе [1]. Моделирование происходит в трѐхмерной постановке, согласно принципу «как есть», то есть существует возможность исследования полной геометрической модели без упрощений. При этом пользователь может выбрать степень детализации моделируемого объекта, обеспечивая, при необходимости, разумный компромисс между точностью и временем вычислений. В основе математического алгоритма, используемого в FlowVision, лежит закон сохранения масс и теоремы Остроградского Гаусса, то есть нахождения среднего значения в объѐме на основе данных на границах. Получение более точного решения обеспечивается за счѐт разбиения расчѐтного объѐма на ячейки меньшего размера. В FlowVision для построения сетки используются ячейки в виде прямоугольных параллелепипедов. FlowVision позволяет моделировать подвижные тела, придавая им поступательное или вращательное движение, комбинируя следующие способы: определение скорости движения тела; определение силы, действующей на тело; воздействие среды на тело. Программный комплекс FlowVision позволяет моделировать использовать параллельные вычисления в автоматическом режиме, при этом от пользователя только требуется указать количество ядер. Разбиение области между процессорами и обмен данными алгоритм выполняет самостоятельно. Семейство программ ANSYS включает в себя программы для расчѐта прочности, долговечности, динамики жидкости, газа и твѐрдых тел, а также междисциплинарный анализ.
Программный комплекс ANSYSCFX, описанный в работе [2] – это мощный инструмент, предназначенный для оптимизации разработки конструкций, с учѐтом динамики жидкости и газа. Адаптивная архитектура позволяет выполнять различные действия, такие как анализ течения жидкости и взаимодействия сложных структур. Для построения сетки используется компонент ANSYS Meshing, который предоставляет множество различных технологий построения сетки. Пользователь также имеет возможность редактировать сетку и строить структурированную гексагональную сетку. Ядром модуля ANSYS CFX является современный алгебраический многосеточный сопряженный решатель, в основе которого лежит технология Coupled Algebraic Multigrid, которая позволяет получить точные результаты за малое время. Поддерживается возможность корректировки граничных условий и параметров решателя во время выполнения расчета без необходимости останавливать решатель. В ANSYS CFX применяется схема дискретизации второго порядка точности по умолчанию, что обеспечивает приемлемую погрешность. Использование технологии сопряженных решателей ANSYS CFX дает значительные преимущества при проведении любого расчета, неважно, для вращающихся машин, многофазных потоков, горения или для любой другой физической модели и позволяет получить устойчивые и масштабируемые решения для задач динамики жидкостей и газов. Решатель ANSYS CFX разрабатывался с учѐтом требования эффективности при параллельных расчетов. Это стало особенно актуально, ввиду распространения многоядерных процессоров и кластеров. При этом ANSYS CFX обладает масштабируемостью, позволяя эффективно использовать доступные процессорные ядра и оперативную память. Точность расчетов также сильно зависит от выбора адекватной физической. Модуль ANSYS CFX содержит большое количество физических моделей. При этом обеспечивается взаимодействие между физическими моделями с различными типами элементов и соединений сеточных интерфейсов, что позволяет выполнять сложные междисциплинарные расчеты. ANSYS поддерживает такие модели как турбулентность, вращающиеся машины, многофазные потоки, теплообмен и радиационный обмен, горение, жидко-конструкционное взаимодействие, движущаяся сетка и погружѐнные в жидкость твѐрдые тела.
Как показано в работе [3] STAR-CCM+ является одним из наиболее современных программных комплексов, разработанных для решения задач механики сплошных сред. STAR-CCM+ использует такие как решатели, как связанный (coupled solver) и распределѐнный (segregated solver). Особенностями STAR-CCM+ являются: средства работы с сетками: восстановление целостности поверхности (surface wrapping), создания сеток различной конфигурации из многогранных ячеек, в том числе произвольны. Использование этих средств существенно сокращает время решения задачи; поддержка большое количества физических моделей: как турбулентные, так и ламинарные течения, ньютоновские и неньютоновские жидкости, многофазные среды, излучение, горение, развитие пограничного слоя, кавитация, сверхзвуковые течения, сопряженный теплообмен и другие; средства визуализации: пользователь может видеть результаты в процессе расчѐта и изменять параметры; надежность результатов: устойчивый решатель STAR-CCM+ работает без аварийных остановов; модели совместимы с существующими программными продуктами: STAR-CD, ICEM, GridGen, Gambi; масштабируемость параллельных вычислений: позволяет использовать модели, состоящие из 1 млрд. и более ячеек; решение задач прочности (совместно с газодинамикой); средства построения сеток STAR-CCM+ включают в себя ряд алгоритмов, таких как; восстановления целостности поверхности (Surface Wrapper): позволяет автоматически исправлять сложные CAD-модели, что позволяет получать замкнутую поверхность при каждом использовании; средства перестроения поверхностной сетки (Surface Re-meshing): перестраивает импортированную сетку для получения поверхностной сетки, оптимизированной для проведения расчѐтов. Есть возможность построить на еѐ основе объѐмную сетку из многогранных ячеек; средства построения сеток их многогранных ячеек (Polyhedral Meshing): повышает точность вычислений моделей со сложной геометрией; технология ―усеченных‖ ячеек (trimmed cells): повышает надѐжность работы с многогранными ячейками, избегая ошибок связности и (couple errors) «плохих» ячеек (unresolved cells); построения сеток различной конфигурации для различных частей модели (Multi-regionmeshing): такие возможности позволяют строить расчетные сетки для решения задач сопряженного теплообмена, моделирования пористых сред, а также вращающихся механизмов; «конвейерная» методика (―pipeline‖ methodology): эффективна пир наличии нескольких конфигураций модели. Позволяет подбирать различную степень и места сгущения, форму сетки, а также полностью перестроить еѐ. Также возможно отображение результатов на новую сетку для получения начальных условий для более быстрой сходимости; оптимизация построения сеток под решатель (Solver-optimized meshing): алгоритмы разработки решателя и построителя сеток находятся в тесной взаимосвязи, улучшая точность вычислений.
Таким образом, как было сказано выше, при проведении экспериментов моделирования аэродинамики автомобиля используются современные программные комплексы, предназначенные для виртуального продувания различных объектов с целью исследования их аэродинамики; позволяет моделировать подвижные тела, придавая им поступательное или вращательное движение; использовать параллельные вычисления в автоматическом режиме. Также, они предназначены для оптимизации разработки конструкций, с учѐтом динамики жидкости и газа, включающие в себя комплексы разработанные для решения задач механики сплошных сред.
Список литературы
1. Компания Тесис - [электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.tesis.com.ru/software/flowvision/ (дата обращения 07.02.2014)
2. Группа компаний "ПЛМ Урал" - "Делкам-Урал" - Единый центр поддержки продуктов ANSYS в России и странах СНГ - [электронный ресурс] - Режим доступа. - URL:http://www.cae-expert.ru (дата обращения 07.02.2014)
3. Саровский инженерный центр - [электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.saec.ru/starccmplus/ (дата обращения 20.03.2014)
