Mozaiková technologie - pomocník při tvorbě CFD sítě

ANSYS Fluent Mozaiková mesh

Tendence dnešní doby je zrychlování procesů napříč všemi obory, nevyjímaje oblast numerických simulací. Tyto tendence posouvají bezsíťové výpočetní metody na bázi Lattice Boltzmannových principů blíže konstruktérům.
Simulační nástroje na bázi těchto metod (např. ANSYS Discovery) vynikají především v rychlosti řešení. Nicméně složitější a přesnější výpočetní metody řešení Navier – Stokesových rovnic (ANSYS Fluent, resp. ANSYS CFX) vyžadují fyzické dělení výpočetní domény v podobě výpočetní sítě. Vytvoření adekvátní výpočetní sítě pro numerický výpočet je časově velice náročné a dokáže zaměstnat i zkušené CFD výpočtáře. Zejména pak u komplexních geometrií reálných zařízení. Trik je v tom, že pro odpovídající popsání proudového pole je nezbytné mít dostatečně jemnou výpočetní síť na hranicích výpočetní domény pro popsání mezní vrstvy, její odtrhávání vlivem působení nepříznivého tlakového gradientu

a následné šíření víru do jádra proudového pole.

Tyto velice jemné výpočetní sítě zpravidla zpomalují celý výpočetní proces, neboť počet uzlů (ve kterých budou N-S rovnice řešeny) rostou do závratných čísel.

Nasnadě je vytvoření hybridní výpočetní sítě – výpočetní síť s různými hustotami a typů elementů v různých částech výpočetní domény. Takto vytvořená výpočetní síť je slibná ve smyslu dostatečné přesnosti na hranicích domény a rychlosti výpočtu v jádře proudu.

Stejně jako mnohé technologie májí svá pozitiva a negativa, tak i hybridní sítě mají svá úskalí. Výzvou pro hybridní sítě je vytvoření přechodových prvků, neboť uzly, typy elementů a jejich velikosti v jádru proudu a mezní vrstvy na sebe inherentně nenavazují.

CFD výpočtáři mohou využít tetrahedrální sítě jako přechodové vrstvy mezi jádrem a viskózní oblastí proudového pole. Avšak takto vytvořená přechodová vrstva může vyústit ve značný nárůst počtu elementů nízké kvality. V limitním případě i k použití nekonformní sítě, jež do výpočtů zanáší dodatečné interpolace i možnost snížení přesnosti řešení.

S řešením tohoto problému přichází společnost ANSYS s pomocí mozaikové technologie. Síťování pomocí mozaikové technologie umožní výpočtářům propojit různorodé typy výpočetní sítě. Mozaiková technologie využívá obecných polyhedrálních buněk jako nástroje pro překlenutí viskózní oblasti a hexahedrální elementy na její napojení na jádro proudu.

Mozaiková technologie – Automatické spojení odlišných buněk

Mozaiková technologie zaštiťuje vhodné typy elementů pro danou oblast výpočetní domény. Bohužel univerzální element neexistuje a každý druh buňky výpočetní sítě má své výhody i nevýhody. Jako příklad může posloužit porovnání obecné polyhedrální buňky s buňkou hexahedrální. Polyhedrální buňky je vhodné aplikovat na komplexní geometrické tvary výpočetní domény, které (v porovnání s tetrahedrálními buňkami) snižují celkové počet elementů a zároveň vylepšují kvalitu výpočetní sítě. Kdežto čisté hexahedrální buňky jsou výpočtově nejefektivnější z dostupných druhů buněk.

Na druhou stranu noční můrou výpočtáře může být vytvořit čistě hexahedrální síť komplexní geometrie.
Závěrem lze shrnout přínosy nasazení mozaikové sítě takto:
Síťování mozaikovou technologií umožňuje výpočtářům použít elementy jaké chtějí, kde je chtějí bez nutnosti strachovat se o celkový nárůst výpočetního času. Vytvářet síť pomocí mozaikové technologie lze například v produktech ANSYS CFD Premium, ANSYS CFD Enterprise.

Polyhedrální mesh (vlevo) a Mosaiková Poly-Hexcore mesh (vpravo)

 

 

Hotline:

+420 724 895 455

hotline(at)svsfem(dot)cz

Online HelpDesk

 

Sledujte nás na:

facebook youtube