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FLOW-3D V10.0 新增功能介绍

2011/10/31 | 3435次阅读 | 来源: 发表评论

关键词:FLOW-3D V10.0 新增功能介绍 | 作者: | 收藏这篇资讯

 

FLOW-3D V10.0 是FLOW-3D 在软件开发上的重要里程碑。V10.0主要增加了以有限元素为基础的流固耦合与热应力演化物理模型。首先针对这两个新增的物理模型做介绍,接着再一一说明其他物理模型的新增功能,最后在SMP并行计算、用户接口(GUI)和后处理等改善做说明。

 

新增模型和特点介绍:

流固耦合模型

流固耦合模型是利用有限元素法来计算流体与固体互制过程中,固体受到周遭流体压力、温度梯度或其他外在条件所造成的应力分布与变形。目前这个模型局限于较小的变形计算。

 

动画:钢制容器受到内部爆炸压力波影响的变形(放大400倍)

 

热应力演化模型

热应力演化模型是计算金属冷却过程中的应力分布和形状变化。藉由简单的选项设定,可以同时计算模具与凝固金属间应力交互作用。

 

V6铝合金引擎在凝固后的Von Mises应力分布

扩充的固体材料数据库《可选购》

此固体材料数据库里面提供大量的固体随温度变化的材料性质,让使用者可搭配流固耦合与热应力演化模型使用。 

JAHM Software's material properties database software目前提供超过2,600种物质与21,000组随温度变化的弹性模数、热膨胀系数、热传导系数、S-N疲劳曲线、应力应变曲线等材料性质。 

JAHM材料数据库目前与FLOW-3D V10.0已完成使用接口上的整合,并以单一模块的形式销售,让FLOW-3D使用者自行搭配选购。

 

凝固收缩模型

简易的凝固收缩模型(前身为快速凝固收缩模型)可在复合区块网格上执行,并应用于倾斜与离心铸造。而动态凝固收缩模型的功能也在重新加入此版本,并具有更高的精确度与收敛性。

 

铸铁凝固模型

铸铁凝固模型与简易凝固收缩模型合用,可描述铸铁的共晶与近共晶凝固,并计算沃斯田铁、石墨和碳化物的生成。

 

灰口铸铁的凝固分布状态(注:红色分布是碳化物而蓝色则是石墨)

颗粒流模型(包括砂心吹砂)

颗粒流模型可描写颗粒介质行为,模拟砂心吹射的过程。

 

透气模具模型

几何对象中新增透气模具选项,在结合绝热气泡模型后,可以用来模拟充填过中孔隙砂心空气排除的过程,而不需要再去启动孔隙流模型。此外配合阀门模型可用于高压铸造充填的分析。

 

部分充填的砂心 (注:剩余的气泡以蓝色显示)

新增的表面造波功能

在原有的造波模型中新增几个不同的造波功能。用户可以利用傅立叶级数展开仿真周期性的非线性波,利用孤立波模拟海啸的运动,或利用不规则造波功能仿真在开放海域的真实波动现象。此外,可以设定初始流场为一周期波动,以减短计算时间加速达到稳定的波动状态。

动画:持续风在开放海域产生的不规则波

 

动画:孤立波冲击结构物的过程

风动效应

可以考虑水库表面随时间变化下风引起的剪应力效应。

 

新增浅水波模型功能

浅水波模型新增独立的选项可以考虑层流与紊流流况,此外可以简单的藉由定义纬度来考虑地球的转动效应。这些新增功能可以让软件用来仿真更大范围的流场。

 

重新设计的质量/动量源模型

在重新设计的质量/动量源模型中,可分别给定不同流体型态、密度、温度,质量或体积流的流体源头,有效的强化模型在不同问题的适用性。

 

水分干燥模型

此版本提供两种模型可进行孔隙材料中的水分变化分析。较简化的模型适合用于充填与凝固过程中的砂心砂模。第二种选择是使用较复杂的气体/液体两项流模型,仿真例如纸、纤维和砂心等孔隙材料的干燥过程。

 

热空气干燥处理过后的水分分布(BMW提供)

 

固体溶质溶解模型

这个模型可用来仿真固体溶质的溶解,例如浸泡于液体中的岩盐和结晶药。溶液浓度的改变是根据局部的溶质浓度并考虑到了浮力效应。

 

流体流经一块固体盐(灰色部分),上方流线的颜色代表溶解盐的浓度

 

针对不饱和孔隙介质新增Van Genuchten模型

Van Genuchten模型考虑到压力-饱和度函数,让不饱和孔隙介质的模拟更加完善。

 

利用STL图档定义隔版

STL图档在这个版本可以用来定义隔版,有助于建立复杂几何与薄件。STL图文件数据将转换成阶梯状的形式表示档板。

 

在STL档处理过后之档板形式

固定接触线

液滴可能表面粗糙产生接触线固定,而不是移动到力平衡的位置。这种情况可以启用软件中的新增对象设定(IFOB(n)=1)进行模拟。

 

液体/气体接口上的温度滑动边界设定

FLOW-3D 利用单一温度模型进行两项流问题的模拟,可能会导致两项流接口上过度的温度数值扩散现象,这种现象在网格密度不足以解析温度边界层时特别明显。新增的温度滑动边界模型(类似现有的速度边界滑动模型)可有效降低数值扩散,改善晃动的两项流模拟精确度。

 

体与气体在晃动过程中的温度分布

1.初始温度分布。

2.标准模型下,经过10个周期晃动后的温度变化。

3.温度滑动边界模型下,经过10个周期晃动后的温度变化。

改善

SMP并行计算

建构在OpenMP技术上的SMP并行计算求解器,在此版本中已将平行功能延伸到大部分的物理与数值模块,包括移动对象模型或VOF自由液面追踪模型。

 

FLOW-3D物理与数值模型的平行化

降低曲面边界上的压力噪声

有关FAVOR运算中截断值的控制参数-面积与体积的比例(EPS),成为一个可输入的设定参数。原本的内定值为0.01,表示如果网格中固体的体积或表面积低于1%,则此网格就视为没有任何固体的区域。降低EPS的数值有助于边界区域更准确的压力求解,这在计算固体的受力问题时效果格外显著。EPS可以由数值设定的用户接口中的FAVOR tolerance选项设定。

 

允许在计算进行中改变SMP版本中的计算核心数

在计算过程中更改部分设定参数是FLOW-3D既有的功能。在此版本中此功能已推广到运算核心数的改变。使用者可在不暂停计算的情况下任意的改变运算核心数,此功能将提供用户在计算机资源分配上更大的运用空间。

 

可显示接续仿真的初始状况

接续模拟中的prpgrf档,纳入了先前档案的计算数据而不仅只是prepin配置文件的前处理结果,这有助于显示真实的接续初始状况。

 

Linux 与Windows操作系统上的FORTRAN编辑器升级到11.1版

用户在编辑客制化程序时需考虑同步升级FORTRAN编辑器。

 

新增数据输出

流体追踪

通过特定断面的流体追踪功能可加强流体的可可视化,可分别追踪显示通过不同断面的流体流动状况。

 

通过给定断面的流体追踪(红色区域)

 

用户接口(GUI)

对象名称

网格与几何设定(Meshing & Geometry)中的所有对象都可以给定名称,让模拟设定更加清楚和容易判读。

 

关闭几何对象

可在设定过程中关闭几何对象,而不需要从配置文件中完全移除。此功能方便用户暂时移除对象,而再度启动时不需要重新输入相关数据参数。

 

移动初始和边界条件输入位置

初始和边界条件的接口(Initial and Boundaries tabs)已被整合到网格与几何的接口(Meshing & Geometry tab)里。

 

物理模型窗口中新增操作说明连结

所有的物理模型设定对话窗中,已新增相关操作的联机帮助文件连结。

 

支持CSV数据文件

可输入随着时间和温度变化的数据文件。

 

重组Prepin配置文件

Prepin的编写架构更加的易读与符合逻辑。

 

支持温度单位选择

可在模式建立或结果分析时设定温度单位。

 

支持设定观测点

观测点可预先设定,以便用于建立阀门、历史观测点、给定流体区域等。

 

设定储存

在编辑时或切换配置文件前,不强制一定要先储存档案。

 

树状结构的改善

可储存与复原仿真设定中树状结构的状态。为了方便检查设定,树状结构设定都可以被展开与折迭。

 

可储存图形的设定

图形的视角、颜色和透明度设定可储存在网格与几何接口(Meshing & Geometry tab)。

 

加强模式设定时的可视化

此版本中可以看到FSI 和TSE模型中所需要用到的有限元素网格。此外,质量源、阀门、历史观测点和取样位置都可以在网格与几何接口(Meshing & Geometry tab)显示。

 

透视视角

除了原本的正视视角,此版本在网格与几何(Meshing & Geometry tab)和显示(Display)接口也提供透视视角供选择。

 

后处理

可以处理FLOW-3D 和FLOW-3D/MP的结果档

FLOW-3D SMP 和MPI 平行版本的计算结果,现在可使用相同的接口和后处理器来进行后处理。

 

支持多重变量选择

在三维可可视化部分,可以在分析接口(Analyze tab)选择超过一组的变量。然后在显示接口(Display tab)直接切换这几组参数,而不需要回到分析接口(Analyze tab)重载数据。

 

 

 

  上海析模科技 FLOW-3D中国技术支持 021-52365002

 

 

 

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