Cách giúp tăng tốc mô phỏng trong Ansys Fluent với phương pháp chia lưới thích nghi

Hầu hết các mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) được giải quyết bằng cách tạo ra một lưới thủ công với các khu vực lưới từ thô đến tinh khác nhau. Các vùng lưới này đảm bảo có độ phân giải đủ tốt để thu được kết quả chính xác ở các vùng quan trọng nhưng cũng giữ cho tổng số lượng phần tử lưới trong mức kiểm soát.

Mặc dù phương pháp tạo lưới này là một cách tuyệt vời để đảm bảo độ chính xác mô phỏng, nhưng vẫn có thể có những khu vực có quá nhiều phần tử lưới dẫn đến thời gian giải lâu hơn hoặc số lượng lưới quá ít dẫn đến kết quả kém chính xác hơn. Điều gì sẽ xảy ra nếu có một phương pháp tự động tinh chỉnh lưới hoặc làm thô lưới dựa trên lời giải để có được kết quả chính xác nhất?

Các phương pháp hay nhất hiện đã được nhúng vào thiết lập lưới thích nghi cho các ứng dụng cháy và đa pha.

Video dưới đây mô tả kết quả mô phỏng với lưới thích nghi

Lưới đa diện thích nghi không cấu trúc (PUMA) hỗ trợ điều chỉnh được tất cả các loại phần tử 3D trong Ansys Fluent.

Phương pháp chia lưới thích nghi là gì?

Chia lưới thích nghi là một phương pháp điều chỉnh lưới của một mô phỏng dựa trên lời giải. Quy trình này trong Ansys Fluent cho phép bạn bắt đầu từ một lưới rất thô và sau đó tinh chỉnh động các vùng có biến thiên (gradient) lớn.

Lưới thích nghi động có thể được sử dụng kết hợp với phương pháp lưới đa diện thích nghi không cấu trúc (PUMA). PUMA không dựa trên bất kỳ mẫu sẵn có nào để điều chỉnh lưới, điều này có nghĩa là phương pháp này không giới hạn phương pháp điều chỉnh cho các loại phần tử cụ thể. Một lưới cũng có thể được làm thô hơn sau quá trình điều chỉnh.

Các phương pháp hay nhất cho các ứng dụng cháy và đa pha đã được nhúng trong bảng thiết lập lưới thích nghi của Ansys Fluent trong phiên bản mới nhất, Ansys 2021 R2, dẫn đến:

• Giảm tới 70% số lượng phần tử
• Tăng tốc độ lên đến 4 lần cho các trường hợp trạng thái ổn định

Ứng dụng phương pháp chia lưới thích nghi

Sandia Flame D là một trường hợp thử nghiệm khuếch tán rối giàu nhiên liệu của động cơ phản lực khí đốt metan/không khí. Một ngọn lửa ban đầu được đưa vào giữa khí mê-tan và luồng không khí. Hai thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng hai lưới thô khác nhau để phân tích độ chính xác và sự khác biệt về số lượng phần tử lưới cuối cùng.

Quy trình lưới thích nghi tự động tinh chỉnh lưới ở các vùng quan trọng thành lưới cấp LES, bao gồm vùng phản ứng, lớp cắt và vùng tuần hoàn. Chúng tôi thấy rằng cả hai trường hợp đều cho kết quả chính xác so với dữ liệu thực nghiệm.

Giải pháp chia lưới thích nghi của Fluent đã cho thấy mức giảm tổng số lượng phần tử giảm từ 30-70%, so với lưới LES mịn không thích nghi, trên một loạt các trường hợp dòng phản ứng.

Lưới thích nghi cho trường hợp cháy đã cho thấy có thể giảm lên đến 70% số lượng phần tử lưới

Sự phun phân rã

Lưới thích nghi cũng có thể được sử dụng để giúp mô phỏng chính xác và hiệu quả các trường hợp mô phỏng đa pha, giống như trường hợp mô phỏng phun hạt chất lỏng phân rã. Mô hình hỗn hợp đa pha từ thể tích của chất lưu (VOF) đến mô hình pha rời rạc (DPM) được sử dụng kết hợp với lưới thích nghi động. Mô hình VOF theo dõi tương tác lỏng-khí trong khi DPM là một bộ giải riêng biệt theo dõi các hạt rời rạc lơ lửng trong pha Eulerian.

Trung tâm của mô hình VOF sang DPM là một thuật toán tìm kiếm các hạt chất lỏng tách ra từ dòng chất lỏng chính của tia phun và chuyển thành các điểm khối lượng (point mass) để theo dõi. Phương pháp này cho phép chúng ta không theo dõi tương tác của các hạt quá nhỏ và giảm nhu cầu có các mắt lưới quá mịn.

Một điều quan trọng thứ 2 của mô hình hỗn hợp này là phương pháp tinh chỉnh và làm thô lưới tự động. Các vùng tương tác được theo dõi với lưới mịn và khi có bất kỳ 1 vết hạt được xác định để chuyển sang mô hình DPM, lưới cục bộ sẽ được làm thô để giữ cho số lượng phần tử lưới trong mức kiểm soát.

Để tìm hiểu về tất cả các cải tiến mới của mô hình lưới thích nghi trong Fluent, đăng ký sự kiện sắp tới: Ansys 2021 R2: Cập nhật lưới thích nghi của Ansys Fluent (Ansys Fluent Mesh Adaption Update)

Lưới thích nghi có thể được sử dụng từ mô hình thể tích chất lưu (VOF) đến mô hình pha rời rạc (DPM) trong Ansys Fluent để giải quyết hiệu quả các vấn đề đa pha nhiều tỷ lệ (multi-scale).