解决分析

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第1部分:CAD嵌入式CFD

过度普遍,但在正确的情况下是一个很好的价值

在设计周期中推动模拟的同时是一个贵族的概念,有可能降低昂贵的工程变化订单,但获得它们熟悉的3D CAD接口中的设计人员的CFD分析并不像制作CFD分析一样简单。 从我们的Vantage Point,具有CFD的直接CAD接口本身并不为CFD仿真的最大挑战提供任何新的或改进的解决方案,即几何简化和清理,从通常是3D模型中提取流体区域涉及的固体,通过高质量的啮合确保模拟精度, CFD流程质量控制. 声称CAD集成为这些众所周知的挑战中的任何一个提供了显着的优势,这主要是假的。 

无人中的整合不是软件蓬蓬人揭示出来的乌托邦,这些工具已经采用了成千上万的用户,并欢迎开发有关产品的公司在适度的预算中。 应注意的CAD嵌入式或CAD连接的CFD的一个特别有益的方面是其能够实现和简化参数研究的可能性。 

无人中的整合不是软件营销人员所做的乌托邦,这些工具已经通过成千上万的用户采用,并与在适度预算中开发出流体相关产品的公司受欢迎。

我们将在这个市场部分的两位领导人中详细介绍, SolidWorks / Flow仿真达索syst.èmes 发明者 / Autodesk CFDAutodesk., 以及相对的新人 发现李ve. 其他CAD程序使用插件部分地集成了独立软件的功能。 在线CAD平台 onemape. 促进原生文件的导出到 SimScale. “云CFD”平台。  Autodesk. 还有 最近宣布,Fusion360将直接与Autodesk CFD 2通信019. 该类别的新人是 ansys. 有它 发现李ve目的 产品与其集成 spaceclaim. 3D建模平台。  Discovery Live在CFD社区创造了一个轰动的轰动,因此我们将在分离小说中的一些时间来消费一段时间。

这里未讨论的其他CAD链接或CAD集成选项包括 犀牛差价合约, ORCA3D海洋差价合约,任何各种各样的 Floefd Cad Plu.杜松子酒

示例#1:SolidWorks流程模拟

SolidWorks流程模拟 可能被认为是本类中最“CAD嵌入式”CFD程序。定义SolidWorks接口中的CFD仿真创建其他菜单项,但不会启动独立应用程序。用于CFD仿真所需的CFD分析和边界条件提取的流体体积直接连接到天然3D CAD几何表面,消除了使用简单的CAD几何变化时重新定义模型设置的必要性。 SolidWorks似乎专注于营销这一点作为在工业设备和电子产品中工作的“设计师”的解决方案,即没有凭证的那些或在流体动力学,数值分析或CFD中的经验。

在SolidWorks流模拟中呈现的3D几何形状,通过温度呈上彩色的流动流线(图片提供) myoproMyomo,Inc。)

基本界面& Workflow

在SolidWorks中启用流动仿真加载项后,SolidWorks部件树中可用了另一个“流模拟”选项卡。使得Tab Active在工具栏顶部揭示一个“向导”按钮,通过选择要建模的物理指导用户,例如选择不可压缩或可压缩的流体仿真。如果选择了“外部”流程,则将后续步骤建议用户选择外部流域的大小。一旦向导完成,额外的设置包括边界条件规范,网格化,仿真和后处理,从主图形用户界面和工作流程完成通常是从左侧面板的顶部到底部。你可以看到一个例子 基本界面& Workflow 在SolidWorks网站上。

物理建模能力

在过去十年中,SolidWorks流量已经在功能中增强,现在许多索赔许多相同的能力作为行业领先的独立CFD程序。该软件覆盖基础知识,包括模拟多分量流体或气体,稳定或不稳定流,提供内置材料数据库和体面的预处理工具的能力。该软件还提供了一些先进的特征,包括分散的相位内的拉格朗日粒子跟踪,移动参考帧物理,辐射,流体(VOF)自由表面模型(截至2018),多孔介质物理,可压缩流物理和共轭热量用固体转移(cht)。 SolidWorks流量缺乏的一些先进功能包括标量运输物理学,欧拉多相流量,反应流理物理,湍流模型选择,动态流体 - 体相互作用(DFBI),相变理,拉格朗日相的双向耦合,分散相,喷雾和液滴模型,以及高级求解器设置和控制。看看 技术文档 详细了解一些这些功能的验证。

CAD清理& Meshing

总的来说,3D CAD模型清理和使用SolidWorks流程的准备方式非常相似,如果您导出到中性文件格式以用于导入到独立的CFD包。通过抑制不需要流体流动分析和结合共同的固体来消除不必要的表面到表面接口,需要简化复杂的生产的CAD模型。然后通过识别限定流体体积的水密封表面,提取流体区域,无论是通过识别的水密封表面的内部还是外部。通常不歧管几何形状将防止识别该体积并且需要纠正。在网格化之前,可能需要识别和消除小卷和特征,以防止不必要的大型计算网格要求。 “检查模型”工具和“CAD清理”工具有用,有时可以捕获和修复简单的问题,但大多数通常需要大量的用户干预来解决问题几何形状,然后在本机3D CAD环境中修复它们。

鉴于防水量,然后可以进行网格化操作。流程模拟中的网格化工具尝试通过限制他或她需要在过程中的输入量来简化用户的方式。只允许修剪六面射出网格,没有棱柱边界层选项。默认网格密度通过数字刻度滑块栏通过向导分配。通过定义所有流体/固体接口的细化设置,允许为阈值大小的相邻表面之间的开口或用于用户定义的空间卷来允许自定义网格精制的基本级别。自适应细化工具允许软件在模拟期间定期调整网格细化,因为它基于溶液可变梯度看到配合。结合这些方法的最佳,网格倾向于平均到质量差,需要较高数量的细胞,以实现与较低的电池计数相同的精度,用这里描述的一些其他工具产生的更高质量网格。不幸的是,似乎, 啮合不能占据很大的优势 多核计算机架构。

模拟

SolidWorks流量利用a 有限批量求解器 我们发现哪个相当低效。基于有限的体积(FV)相关质量和节能方程的解决方案长期以来一直是行业标准。当在稍后的章节中使用这些方法讨论软件时,我们将与其他解决方案方法进行对比FV,例如有限元(FEM)和晶格Boltzmann(LB)方法。允许跨越核心分配求解算盘计算,但与这里审查的一些其他软件包的并行化相比,效率低下,导致额外的核心的计算时间少于线性减少。 在一个例子中,SolidWorks模拟需要4至100倍的时间比在所执行的可比模拟的时间长 ansys. 流利的同时返回较低的效果结果(提升和拖动)。

流动仿真的一个特别好的特征是内置多参数优化能力。此工具允许您选择3D模型几何或仿真参数作为输入变量,定义可变变化的范围,以及优化的目标数量。然后,用户可以利用实验的设计,以在局部最佳最佳过程中创建响应表面和梯度方法。查看用于此功能的示例 最大化2D翼型的升力比率.

后期处理

SolidWorks流程后处理,虽然没有壮观或由一些领先的独立CFD或后处理软件包提供的水平,但是从嵌入SolidWorks中嵌入到呈现3D的精致视觉方法中受益信息。可提供典型的载体,轮廓,流线和异形曲线图,以及以Excel格式导出数据。 CFD相关输出可以与本机3D实体模型呈现,这使得生产高质量的图形较少的痛苦,而不是试图在第三方工具中的图像一起拼接,如Adobe Photoshop。一个例子如下所示。

许可& Cost

最后检查,一个节点锁,永久 可以购买流模拟许可证 约14,000美元。要在支持下维护此许可证,最新的软件更新将花费4,000美元。此外,用户还需要租赁或拥有SolidWorks。可以在您访问的情况下尽可能多的核心进行模拟,但正如我们之前所提到的,性能改进有限。

示例#2:Autodesk CFD

Autodesk.表面包装 通过Autodesk - 外部流几何网格工具。 I法师许可证

Autodesk.在2011年获得了Blue Ridge Numerics 此后不久之后被称为CFDesign的软件更名为 Autodesk. CD.. Autodesk CFD,我们将在此提及到简洁的“CFD”,在技术上没有嵌入的CAD,因为当CFD从中启动CFD时,它需要单独的应用程序打开 发明者 或者 融合360. workspaces. 实际上,虽然它仍然有资格在此类别中,因为可以通过遵循正确的过程来维护仿真文件和原始3D CAD模型之间的连接。 从Autodesk的营销文献中判断,这是安全的,他们最重视服务于电子和建筑行业,这鉴于他们通过其他Autodesk产品的根深蒂固的参与这些行业是有意义的。

基本界面& Workflow

CFD可以从发明人或其他3D实体建模软件包中启动或独立推出。 如果从CAD包中启动,3D模型将直接推入CFD。 这样,当您在CAD中介绍设计变化并重新启动CFD时,软件会自动将从原始仿真模型的设置分配给新的。 此关联性可确保模拟之间的一致性,并减少后续设计迭代所需的设置时间。 但是,我们发现了这个过程并不像它的声音并经常遇到真正的自动化。 不出所料,从非Autodesk CAD包启动时尤其如此。 

相反,可以将CAD文件几何可以直接导入CFD(.x_t,.sldprt,.sldasm,.step,.3dm, 例如。)。 在导入期间可以激活模型评估工具包,该分析一系列3D模型健康分析,寻找普通的CAD问题,如剧,差距和干扰。 该工具包仅识别出这些错误,这意味着您必须返回原始CAD模型以执行所需的修复程序,然后再次运行评估。 这使得有点是一个破碎的工作流程。 

否则,Autodesk中的工作流程通常与SolidWorks中相同。 边界条件,物理Continua和其他模型设置条件显示在左侧的“设计学习栏”中显示。 我们发现了一些令人讨厌的细节使工作流有点“Clunkier”。 例如,在分配几何特征到仿真功能时,必须在“表面”选择工具和“卷”选择工具之间进行返回。  另一个例子是必须在单个表面上单独分配多个边界条件,例如温度和速度,而不是作为组合边界条件。  

物理建模能力

自从采集蓝岭数字以来,Autodesk CFD扩展了其功能。 该软件具有足够的工作,涵盖大部分基础知识,包括模拟多分量流体或气体,稳态或不稳定流,内置材料数据库和体面的预处理工具的能力。  This 高端“CFD Ultimate”包提供的功能列表 几乎与SolidWorks流程提供的那些相同,除了一些额外的特征,例如更广泛的湍流模型。 许多这些能力 已被验证 by Autodesk as well.     

CAD清理& Meshing

由于Autodesk CFD是基于有限元的,因此曲面网格是三角形的,并且体积元素默认是四面体。标准啮合工具允许滑块杆网格密度分配,与SolidWorks相同,并且尝试改进单个表面或区域仍然可能。如果您感到幸运,可以使用“自动化”工具。 通过激活的“壁层”选项可以实现固体表面边界层中的棱柱层。 但是,尽管如此,请务必将您的棱镜层厚度与湍流模型选择相匹配。   

Autodesk. CD.软件具有足够的工作,涵盖了大多数基础知识,包括模拟流体或气体,稳定或不稳定流,内置材料数据库和体面的预处理工具的能力。 

可用的一个很好的网格相关功能是一种曲面包装工具,可用于定义外部流模拟的域,即风洞测试。 下面显示了表面包装工具的屏幕截图。 我们发现它很好地运作。

模拟

Autodesk. CD.在CFD社区中有点异常,因为它雇用了 有限元求解器. 将FE方法应用于Navier-Stokes方程的文本簿批评是,它可以不如有限体积方法更准确且更效率。 我们的试验证实,Autodesk CFD比在可比计算网眼上运行时比SolidWorks流模拟速度慢得多。    

后期处理

Autodesk. CD.后处理留下了很多需要的措施,尽管每个新版本都越来越好。 与典型的工具相比,它有点像被及时运行时间。 鉴于它从其他Autodesk工具完全开发,仍然是一个独立的软件,它并不令人惊讶的是,它与发明家和融合360中提供的良好的可视化和渲染工具很少共同之处。 专用用户只能希望Autodesk CFD最终由其中一个或两个平台消耗,并且必须从改进的光学中受益。  Look around the Autodesk.仿真博客 几分钟,你会赶上我们的漂移。 

许可& Cost

目前,Autodesk CFD溢价和CFD终极可用作年度订阅 大约为9,500美元和11,600美元. 然后需要每年续订来维护本许可证,分别为6,600美元或8,000美元。 使用此订阅,您还将访问Fusion 360,Autodesk的Web托管3D实体建模软件。 或者,如果您更喜欢更传统的3D建模软件,可以购买Autodesk Inventor的订阅。  当您可以访问但有一个主要的警告时,可以对尽可能多的物理核来执行模拟。  Typically,  有限元计算与RAM限制的流程数量并更加努力地延长。  By Autodesk.自己的入场券,用户只能预期20%的加速从4到8个进程,10%的加速从8到16。  这使其成为为什么任何人都使用Autodesk CFD Flex服务的原始头暂存器,其中模拟被提交给Autodesk托管云资源,以便额外的运行成本。  与本地解决相比,这样的情况声称云模拟(额外成本,文件传输时间等)的缺点(额外成本,文件传输时间等)(额外成本,文件传输时间等)(许多数十或数百个处理器)。 

示例#3:Ansys Discovery Live(带视频演示)

我必须承认,当我第一次看到一个发现的现场演示时,我感到震惊,但不是相同的 最重要的原因. 我已经熟悉格子Boltzman求解器的所谓网格技术,并意识到GPU加速粗格式模拟可以很快运行。 事实上,这就是好莱坞图形工作室如何生产 一些惊人的生活液体效果 在巨大的鳞片上几年。 诚实,如果您抛出足够的处理器,则可以有限卷CFD。 什么震惊的是我的产品和推出是如何摆脱的 ansys.. 介意你,这是同一家公司典型的呼叫动作是“获得认真的差价合约结果,你需要严肃的软件。” 我被运送到候补宇宙中 ansys. 与新的呼叫“效用释放过度振缩,释放未经验证的软件。 模拟很乐趣。 不再等待准确的结果;现在可以看到设计更改的近似影响每次鼠标单击和每个鼠标 漂亮的蓝绿色吹烟雾般的东西ansys. 突然是酷爸爸,在这些年之后,他需要放松并停止一直如此严肃。 

由于这项技术是如此之越新,它与比较对更具战斗测试的解决方案的比较并不公平,但实际上这一点是鞋带预算上的迂回者和发明人的工具。

我确实得到了它。 有两个方面吸引了我。 首先,所有Lattice-Boltzmann模拟本质上依赖于此,因此,非常自然地导致更具吸引力的流动可视化,显示出不稳定的行为。 这种可视化与我们直观和原始的了解对流体如何表现得比静态,无限时间平均的CFD结果,我们大多数人用于看到。 

抓住我的第二件事是可以轻松地引入对几何形状的修改。 同样,在多年来,具有移动边界和网格的无数不稳定流模拟,我已经知道流体模拟可以响应相对容易的移动几何形状。 但这些类型的运动通常需要特殊的层次结构和订购预先计划和执行的计算域。 发现的东西发生了什么是完全不同的动物,其中计算域可以在飞行中似乎重新排序。 

这种能力在最糟糕的是,对直接3D建模技术的新颖和美好的使用,并最佳,是一个破坏性突破,这将是所有未来的差价合约计划的模型。 如果幕后发生的是,当幕后面的情况是ANSYS已经发明了一种可扩展的方法来产生一个数字晶格的可扩展方法,这将是真的,当时制造几何变化时,当前能够在接近实时产生粗格式的数值格。 为什么这会如此重要,你问? 嗯,如果该技术现在可以实时生产粗格子,可以合理地期望通过持续的GPU硬件改进,未来将可能有可能的更精细的格子。  而且,格子-Boltzmann方法,但理论上没有声音作为有限体积方法,可能具有持续发展的准确性。 如果你结合了这两个特征,你会有一些东西。

由于这项技术是如此新的,并且实际地只有批评者和发明家将在近期使用它,我们不会进行全面的工作流程分析,而不是展示一个现场演示来激发想象力。 对于那些不愿意等待清晰度的人,发现生活可以以非常合理的价格获得 每年订阅3,000美元 你需要一个非常漂亮的GPU卡来实现它。



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