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打造面向设计工程师的仿真软件(八)—SolidWorks Flow Simulation流体分析关键技术

编辑:谢连富 发表时间:2016-8-31 13:34:11 浏览次数:
 

 

大家好,继续上期我们在打造面向设计工程师的仿真软件(七)的流体分析软件介绍,这期主要讲SolidWorks Flow Simualtion的独特技术和功能,让大家了解下Flow Simulation跟其他CFD软件的一些区别。这些关键技术归纳为七个,主要内容如下:

 Flow Simualtion七大独特技术

图1 Flow Simualtion七大独特技术

 

1.关键技术– 完全嵌于SolidWorks

SolidWorks流动模拟是完全嵌于SolidWorks中的。这种整合有很多好处。

首先,当然,SolidWorks流动模拟是运用原始的SolidWorks 3D CAD几何模型。请不要忘记之前我描述的在低效率设计过程中的一个问题,它不仅是不同的工程师做分析和设计,而且分析模型与原始CAD模型是分离的,所以尝试迭代设计变得困难。这对SolidWorks流动模拟不是问题。

 

SolidWorks整合的另一个优势是软件自动检测要分析的流体区域,使工程师可以一直使用相对流动空间的固体模型的原始CAD模型。这也意味着当设计改变时,流动区域自动更新,不需要重新定义CFD分析。

 

另外,由于无需翻译步骤,消除了CFD分析师必须把输入的CAD数据翻译到分析工具中这个问题。通常模型不是100%整洁,所以他需要在建立CFD分析前做些优化。

 

最后,SolidWorks流动模拟与SolidWorks共享熟悉的工作流程,熟悉的菜单和熟悉的产品理念,减少机械工程师的学习曲线。

归纳如下:

减少没有必要的转换几何损失

流体区域定义不复杂

设计和CFD模型保持同步

减少再同步的努力和错误

缩短学习周期

 

2.关键技术– 快速自适应网格划分

SolidWorks流动模拟的下一个主要优势是它的网格划分方法。划分网格是模拟中最耗时的部分,确实这里有很多CFD分析的专业知识。做一个CFD分析,划分网格是必须的,流体区域被离散成单元,求解感兴趣的变量(压力,速度)。SolidWorks流动模拟运用我们称之为“矩形自适应网格”技术,如果适用的话,为用户自动划分流体和固体区域。根据几何尺寸和物理变量,运用自适应网格技术,自动细化或不细化网格,这种网格划分方法的优势是不需要用户之前有过多的专业知识,就可以生成一套能及时提供准确结果的高质量网格。

Flow Simulation自适应网格划分

图2 Flow Simulation自适应网格划分

 


3.关键技术– 多元 “What-if”分析

该关键技术是SolidWorks流动模拟如何处理多样化设计分析。这与我们讨论的第一个优势有关—它集成于SolidWorks,直接运用参数化的3D CAD模型。所以运行SolidWorks流动模拟分析后,如果您想改变设计,测试新的想法对结果的影响,您可直接访问模型参数。很容易改变尺寸,重新运行分析。另外,SolidWorks流动模拟完全支持SolidWorks配置,所以用户可以测试许多“What’if”的问题,有更好的机会快速达到优化设计。参数化的研究使工程师可以测试各种CFD的输入和几何参数,轻松比较它们的性能。

What-if优化分析

图3 What-if优化分析

 

4.关键技术–内置自动求解收敛

我想谈论的技术是内置于SolidWorks流动模拟中的自动收敛控制。您建立了一个分析会话,数小时后返回,发现由于数值收敛问题,软件未能提供解决方案,没有什么比这更令人恼怒的了。有了SolidWorks流动模拟,您可获得关于求解过程的实时反馈,比如求解收敛,剩余误差,监控点值等。SolidWorks流动模拟中拥有多网格方案和强大收敛行为的尖端数值方法,确保您可及时地获得工程结果。

 SolidWorks求解过程图

图4 SolidWorks求解过程图

 

5.关键技术–独特的过渡湍流k -ɛ模型

在传统CFD工具中,用户需要为分析确定不明显的流动状态。SolidWorks流动模拟无需指定的用户输入来模拟过渡流动特征,因为它支持层流,过渡流和湍流,所有都是在同一模型中确定的。因此,您不必担忧在什么时候,在哪里确定模型流动特征的改变。SolidWorks流动模拟通过独特的过渡湍流k-ɛ模型自动为您完成。

过渡湍流k - ɛ模型

图5 过渡湍流k - ɛ模型

 

6.关键技术– 边界层的独特壁面函数

关键技术是SolidWorks流动模拟如何运用部分网格技术处理独立网格近壁面建模的边界层。这个技术可模拟流体流动和换热影响的边界层现象,无需精心设计的网格或很多时间求解问题

l 近壁面边界条件影响的准确模拟

l 无需专业的设置

l 减少了传统CFD方法的近壁面设置的试验和错误

边界壁面函数修正  

图6 边界壁面函数修正

 

7.关键技术–直观易用的界面

SolidWorks流动模拟的另一个优势在于如何呈现工程化用户界面,有:

-易用的向导指导建立模型

-综合结果分析和可视化功能

-可用常见微软办公产品,比如Excel或者Word,导出数据

这些构成一个令人舒适的界面,鼓励工程师有能力进行高效的流动分析,无需专业的CFD建模知识。

界面直观性

图7  界面直观性

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