ANSYS CFX
——流体动力学分析技术的开拓者
产品关键字
? ? ? ? ?
精确的数值方法 快速稳健的求解技术 丰富的物理模型
旋转机械流动分析的专有特征 先进的网格剖分技术
发展历史
CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，是英国AEA Technology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD技术的不断发展。目前，CFX已经遍及航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域，为其在全球6000多个用户解决了大量的实际问题。
回顾CFX发展的重要里程，总是伴随着她对革命性的CFD新技术的研发和应用。1995年，CFX收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块－CFX-Tascflow，CFX-Tascflow一直占据着90%以上的旋转机械CFD市场份额。同年，CFX成功突破了CFD领域的在算法上的又一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为CFD技术发展的重要里程碑。CFX一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了CFX能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得CFX可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。作为CFX的前处理器，ICEM CFD优质的网格技术进一步确保CFX的模拟结果精确而可靠。
2003年，CFX加入了全球最大的CAE仿真软件ANSYS的大家庭中。我们的用户将会得到包括从固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在内的多物理场及多场耦合整体解决方案。CFX将永远和我们的用户伙伴一起，用最先进的技术手段，不断揭开我们身边真实物理世界的神秘面纱。
产品特色
CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。借助于其独一无二的，有别于其它CFD软件的技术特点，CFX领导着新一代高性能CFD商业软件的整体发展趋势。
精确的数值方法
和大多数CFD软件不同的是，CFX采用了基于有限元的有限体积法，在保证了有限体
第 1 页 共 15页
积法的守恒特性的基础上，吸收了有限元法的数值精确性。
?
基于有限元的有限体积法，对六面体网格单元采用24点插值，而单纯的有限体积法仅采用6点插值。
基于有限元的有限体积法，对四面体网格单元采用60点插值，而单纯的有限体积法仅
?
采用4点插值。
CFX在湍流模型的应用上，也一直是业界领先的。除了常用的湍流模型外，CFX最先使用了大涡模拟（LES）和分离涡模拟（DES）等高级湍流模型。
快速稳健的求解技术
CFX是全球第一个发展和使用全隐式多网格耦合求解技术的商业化软件，这种革命性的求解技术克服了传统算法需要“假设压力项－求解－修正压力项”的反复迭代过程，而同时求解动量方程和连续性方程，加上其采用的多网格技术，CFX的计算速度和稳定性较传统方法提高了1~2个数量级，更重要的是，CFX的求解器获得了对并行计算最有利的几乎线形的“计算时间-网格数量”求解性能，这使工程技术人员第一次敢于计算大型工程的真实流动问题。CFX突出的并行功能还表现在它可以网络上UNIX、LINUX、WINDOWS平台之间随意并行。
丰富的物理模型
CFX的物理模型是建立在世界最大的科技工程企业AEA Technology 50余年科技工程实践经验基础之上，经过近30年的发展，CFX拥有包括流体流动、传热、辐射、多相流、化学反
第 2 页 共 15页
应、燃烧等问题的丰富的通用物理模型；还拥有诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、相间传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气体等大批复杂现象的实用模型。
此外，CFX为用户提供了从方便易用的表达式语言（CEL）到功能强大的用户子程序的一系列不同层次的用户接口程序，允许用户加入自己的特殊物理模型。
旋转机械一体化解决方案
在旋转机械领域，CFX向用户提供从设计到CFD分析的一体化解决方案。提供了三个旋转机械设计分析的专用工具：BladeGen、TurboGrid、TASCFlow。
BladeGen是交互式涡轮机械叶片设计工具。用户通过修改元件库参数或完全依靠BladeGen中的工具设计各种旋转和静止叶片元件及新型叶片，对各种轴向流和径向流叶型，从CAD设计到CFD分析在数分钟即可完成。
TurboGrid为叶栅通道网格生成工具。她采用了创新性的网格模板技术，结合参数化能力，工程师不仅可以既快捷又简单地为绝大多数叶片类型生成高质量叶栅通道网格。所需用户提供的只是叶片数目、叶片及轮毂和外罩的外形数据文件。
TASCflow是全球公认最好的旋转机械工程CFD软件，由于特为旋转机械裁制的完整软件体系，以及在旋转机械行业十多年的专业经验，TASCflow被旋转机械领域90%以上的企业作为主要的气动/水动力学分析和设计工具，其中包括GE，Pratt & Whitney, Rolls Royce，Westing House，ABB，Siemens，CE，Voith Hycho等企业界巨擎。
? 更多内容请关注资料：《CFX-TASCflow --旋转机械一体化解决方案》
第 3 页 共 15页
求解功能
总体功能
? ? ? ? ? ? ?
?
二维或三维流动 旋转坐标系 多重参考坐标系 定常或非定常流动 不可压或可压流动 浮力驱动流 非牛顿流 - Bingham - Bird-Carreau - Cross
- Herschel-Bulkley - Power Law模型 - User Fortran 湍流 - k?? 模型
- 低雷诺数k?? 模型 - 低雷诺数Wilcox模型
- 低雷诺数Menter修正 k-?模型 - RNG k?? 模型 - 代数雷诺应力模型 - 微分雷诺应力模型 - 微分雷诺通量模型
- SST（Shear Stress Transport）模型 - 大涡模型
化学反应动力学 多孔介质 多组分流体
? ? ? ?
?
? ? ?
?
多相流分析 燃烧分析 自由表面 传热
- 粘性加热 - 对流 - 传导 - 辐射传热
? Monte Carlo法 ? Discrete Transfer法 ? P1法
? Surface-to-Surface法 ? Gibbs法。 - 流固耦合传热 数值方法
- 基于有限元的有限体积方法 - 有限体积法
- 全隐式的耦合算法
- SIMPLE和PISO耦合算法 - 线性的或二阶时间差分 ? 混合差分 ? 迎风格式 ? 高阶迎风格式 ? QUICK格式 ? CONDIF格式
? TVD/MUSCL格式 ? CCCT格式 并行计算
多相流专题
欧拉多相流 最为一般的欧拉多相流，可包含任意组合、任意数目的固、液、气物质，
允许多种不同类型、多种尺寸的颗粒、液滴和气泡存在，并且每一相都可由多种组分构成，如空气中的水蒸气，水中的示踪剂。数学上的每一相（不同尺寸范围的颗粒被CFX视为数学上不同的相）有单独的速度、温度和密度场并通过输运方程求解场参数，方程之间用相间质量传输、动量传输和热量传输进行耦合。
所有流动范围的阻力关系式： 粘性流，牛顿流，不规则气泡流，冠状流 气泡流的松弛阻力因子 虚拟质量力
壁面润滑力和提升力 局部低温冷却的沸腾模型 颗粒动力学理论模型
湍流耗散和由气泡引起的湍流 相间传质模型 计算连续相与离散相之间的组分传递过程，基于双膜理论。
第 4 页 共 15页
鼓泡塔内的气液两相流动
均相流自由表面模型 如液面晃动，液体注入，油水混合等问题。采用表面张力模型后
可以计算诸如微尺度流体力学，微重力和毛细现象这样的问题。由于可采用高阶MUSCL差分格式和一种表面锐化算法，该模型在液面处的收敛性非常好。
移动网格自由表面模型 按单相流计算自由液面，网格通过移动和变形捕捉液面形状。
该模型可有效减少数值耗散，在给定的网格数量下可获得更为锐化的液面形状。 拉格朗日多相流 CFX用拉格朗日方法跟踪多
个颗粒或液滴在流动区域的运动，并考虑颗粒与连续相之间的质量、动量和热量传输，允许连续相的比热随温度变化并且允许连续相为非牛顿流体。该模型亦可跟踪无质量颗粒的轨迹。CFX分别为油滴燃烧，煤粉燃烧和喷雾干燥发展了专用的颗粒输运模型，在进行辐射计算时可实现颗粒/辐射的双向耦合。
气泡流 CFX最新的气泡流模型采用了新的阻
力关系式，从而可以考虑粘性、Newtonian、气泡变形和球状冠的影响。该模型还考虑
了高浓度、虚质量、壁面力、升力、湍流耗散和气泡导致的湍动的影响。该模型将特别适合于多相混合器和gas-lift反应器。
MUSIG(Multiple Size Group)模型 该模型是欧共体ADMIRE项目的研究成果。对于
必须了解气泡直径分布的问题，MUSIG提供了非常独特并且有效的方法。该模型采用类似人口平衡的方法，同时考虑气泡的破碎和融合现象，从而计算各种粒径气泡的分布规律。 沸腾 用最新的过冷沸腾模型，用户可计算许多有
沸腾现象的流动问题，从电厂的蒸汽发生器到低温物理和制冷等等。该模型除考虑了bulk condensation外，还将heat partition at walls考虑进convective，quenching and evaporative components。
流化床 CFX可计算流化床中的非定常，二维或三
维多相流问题。该模型不仅考虑了床层动力学，多种大小密度的颗粒，传热，侵蚀和煤粉的挥发，而且考虑了当颗粒达到最大堆积率时的阻力和颗粒间额外作用力的变化。在最新的
旋风分离器的分离过程 两相喷雾塔内的流动 油水分离罐内的自由液面 第 5 页 共 15页