內流域的案例
分別用DesignModeler模塊與Space Claim模塊處理抽取內流域問題
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相比于Design Modeler模塊的兩種內流域抽取方式，SpaceClaim將兩種內流域抽取的方式進行了一個整合，只需要選取要形成內流域的邊界面以及一個內部面就能抽取形成內流域，操作要更為快捷。
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住宅建筑的通風優化設計 ￥30
某綠色住宅建筑的通風優化設計
1模型建立
1.1 CAD模型
本文選取某一住宅，在catia中建立的房屋幾何模型如圖2所示，在幾何中只對墻壁進行建模，同時存在房屋內流場和房屋外流場，并忽略了對結果影響比較小的一些細節，具體如下：
（1） 圍欄結構不會對房屋流場造成較大影響，但其結果比較復雜會增加巨大工作量，故將其忽略；
（2） 屋頂一般為三角梁結果，且屋內為一平面，故只對內流域進行建模；
（3） 通風時，將室內所有的門和窗均打開，故建模時將門窗設置成打開狀態；
（4） 忽略室外樹木等對外流場的影響；
圖2 房屋三維模型
將幾何導入到spaceclaim中進行外流場建模，將入口和兩側取為3倍的建筑物長度，出口取為5倍的建筑物長度，上方取為5倍建筑物高度建立外流場，通過設置外流場的朝向來改變來流方向，由于上海地區風向主要以SSE為主，所以這里設置來流面與東夾角為22.5°。同時在建立流場模型時，將內流域單獨剖分出來進行加密，最后應用共享拓補將各個計算域的交接部分進行耦合，最終得到的流場模型如圖3所示。
圖3 建筑物流場幾何模型
1.2 網格劃分
將處理好的幾何導入到ansys meshing中進行網格劃分，外流域網格尺寸設置為1m，內流域網格尺寸設置為0.1m，采用四面體網格進行網格劃分，最終得到的網格示意圖如圖4和圖5所示，最終單元數量502W，網格質量在0.18以上，網格質量較高，可以用于計算。
圖4 外流場整體示意圖
圖5 內流域局部網格示意圖
1.3計算模型建立
將網格導入到fluent當中就行求解設置，采用壓力基穩態求解器來進行求解計算，首先檢查一下網格，保證最小網格尺寸大于0，之后檢查一下網格尺寸與實際情況的符合情況。
展開 快速提取內流場的兩種方法分享
背 景
本案例為發動機缸頭的內流場抽取。使用SpaceClaim可以較快的準備好燃燒分析用的幾何模型并處理好發電機熱管理分析用的流體域，比使用UG等軟件省時不少。
在SpaceClaim中，可以使用體積提取和分離面的兩種方法來提取CFD分析所需要的流域。
第一種方法：體積工具
具體步驟：
在體積提取工具中，分別選擇邊界面和矢量面后點擊“完成”即可成功得到內流域。
第二種方法：分離面+拼接
具體步驟：
1.選中主要邊界面，鼠標右鍵單擊后選擇“分離”選項。實體即被分成多個面體；
2.僅顯示內流暢內表面；
3.使用“修復”菜單下的“缺失的面”操作將其自動縫合成實體。
優劣比較
第一種體積抽取工具的方法能直接得到封閉好的流域，且能對裝配體進行操作來得到想要的流體域；第二種分離+拼接面的方法需要縫合后才能得到封閉的流域，對裝配體需要先進行布爾運算后再進行操作或者先對每個零件進行分離面操作后使用“拼接”功能將想要的面連接起來，所以第二種方法可能相對比較費時一些。
但第二種方法在某些應用場合會更方便，如準備發動機三維燃燒模擬分析所需要的幾何模型時非常快捷，應用分離面的方法可快速的得到進排氣道、燃燒室和進排氣門等流體接觸到的表面。
作者簡介
何炫 熱力學研究工程師
從事發動機相關的CAE工作，四沖程發動機的噴霧燃燒模擬、二沖程發動機掃氣分析、水泵等旋轉機械的仿真與優化、缸體缸頭的熱固耦合分析等分析工作。
來源：SpaceClaim
展開 Axial Machines（軸向機械）：流體的流動沿旋轉軸軸向方向穿過機械設備內的流域
例如：螺旋槳推進器，軸流式風機/壓縮機/渦輪機/旋流器
2. Centrifugal Machines（離心式機械）：流體的流動沿與旋轉軸垂直方向穿過機械設備內的流域
例如：液泵，離心風扇/壓縮機，放射狀渦輪
3. Mixed flow：流動介于軸向式和離心式之間
例如：攪拌tank
II. 轉動部件和靜止部件之間相對運動引起的不穩定相互影響：
1. 潛在相互影響：從上游和下游傳播來的壓力波動引起的流動不穩定性
2. 尾跡效應的影響：從上游向下游傳遞的尾跡引起的流動不穩定性
3. 沖擊波影響：對于亞音速/超音速流動，沖擊波沖擊下游扇葉引起的不穩定性
MRF和MPM都忽略了這些相互作用，因此只限于用在這些交互作用很弱的流動問題上。
而Slide Mesh模型對這些交互作用的預測比較準確。
III. FLUENT處理旋轉動力機械問題的4種模式：
1. SRF (Single Rotating Frame)：整個流場都以同一旋轉參考系為參考（最簡單的模式，不再贅述）
2. MRF(Multiple Rotating Frame)：有一個以上的參考系，忽略流域之間的相互影響。在流動穿過轉動區域（流進然后又流出轉動區域的外邊界）的地方可能得出誤導性的結果。
3. MPM (Mixing Plane)：對于有多組扇葉而且相鄰兩組扇葉的扇葉數量不一樣的旋轉動力機械，不能用MRF模型建立周期性流場，此時可用Mixing Plane模式建立周期性流場。
4.SMM (Slide Mesh) : Slide Mesh模型考慮了所有流域間相對運動引起的交互影響，可以得到比較精確的結果。但只能用于瞬態計算，耗費計算資源較大。
Ⅳ. MPM (Mixing Plane)模型
1.
展開 
Axial Machines（軸向機械）：流體的流動沿旋轉軸軸向方向穿過機械設備內的流域
例如：螺旋槳推進器，軸流式風機/壓縮機/渦輪機/旋流器
2. Centrifugal Machines（離心式機械）：流體的流動沿與旋轉軸垂直方向穿過機械設備內的流域
例如：液泵，離心風扇/壓縮機，放射狀渦輪
3. Mixed flow：流動介于軸向式和離心式之間
例如：攪拌tank
II. 轉動部件和靜止部件之間相對運動引起的不穩定相互影響：
1. 潛在相互影響：從上游和下游傳播來的壓力波動引起的流動不穩定性
2. 尾跡效應的影響：從上游向下游傳遞的尾跡引起的流動不穩定性
3. 沖擊波影響：對于亞音速/超音速流動，沖擊波沖擊下游扇葉引起的不穩定性
MRF和MPM都忽略了這些相互作用，因此只限于用在這些交互作用很弱的流動問題上。
而Slide Mesh模型對這些交互作用的預測比較準確。
III. FLUENT處理旋轉動力機械問題的4種模式：
1. SRF (Single Rotating Frame)：整個流場都以同一旋轉參考系為參考（最簡單的模式，不再贅述）
2. MRF(Multiple Rotating Frame)：有一個以上的參考系，忽略流域之間的相互影響。在流動穿過轉動區域（流進然后又流出轉動區域的外邊界）的地方可能得出誤導性的結果。
3. MPM (Mixing Plane)：對于有多組扇葉而且相鄰兩組扇葉的扇葉數量不一樣的旋轉動力機械，不能用MRF模型建立周期性流場，此時可用Mixing Plane模式建立周期性流場。
4.SMM (Slide Mesh) : Slide Mesh模型考慮了所有流域間相對運動引起的交互影響，可以得到比較精確的結果。但只能用于瞬態計算，耗費計算資源較大。
Ⅳ. MPM (Mixing Plane)模型
1.
展開 【6月20-23日 北京】ICEM-CFD網格劃分與Fluent通用技術培訓
一、給方法解決以下關鍵問題
1、仿真分析結果主要在于經驗積累，12年以上工程應用專家帶你答疑解惑
2、有效掌握ICEM-CFD網格劃分與Fluent通用技術+實操模型訓練
3、所有實例緊緊圍ICEM-CFD網格劃分與Fluent通用技術及工程應用方法為核心目標，進行實操模擬訓練
二、23個實例模型貼近工程實戰操作
實例1：飛機模外流場計算區域創建及網格劃分
實例2：汽車排氣歧管內流域抽取及網格劃分
實例3：分塊六面體網格劃分技巧
實例4：四面體網格劃分技巧
實例5：汽車排氣歧管內流場計算
實例6：低速翼型啟動特性計算
實例07：導彈超聲速外流場計算
實例8：血管內非牛頓流體流動計算
實例09：圓柱繞流瞬態計算
實例10：固體傳熱計算
實例11：流體對流計算
實例12：自然對流計算
實例13：輻射換熱計算
實例14：重力驅動流計算
實例15：離心泵空化計算
實例16：管道沖蝕計算
實例17：霧化噴嘴噴霧模擬計算
實例18：氣體燃燒室仿真計算
實例19：化學氣相沉積過程計算
實例20：逃生艙運動軌跡計算
實例21：蝶閥運動模擬
實例22：穩態計算后處理
實例23：瞬態計算后處理
三、本質問題與差異化
1、工程案例積累：專注CAE仿真計算，有大量的工程案例
2、關注計算結果：把仿真分析結果運用到產品中是核心理念
3、師資與專屬權：7000+多學員反饋、提煉的精選內容與實例，形成版權課程體系
4、問題響應參與：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果保障措施：所有學員提供高配筆記本、模型、電子資料、操作軟件
四、專家團隊
團隊12年專注CAE技術工程應用方法，為客戶提供系統的產品質量提升和優化的技術方案，具備上百例的工程問題解決經驗，熟悉CAE技術應用過程中的難點與關鍵點
展開 更深入更快速的汽車CFD仿真流程
Fluids是針對Voids下的零部件進行域的組織提取后，生成的各個流體域（包含主流體域，芯體域，管道內流域等）。Misc.是輔助組件，用來存放各種體加密框，計算域邊界等輔助域的零部件。Separators這些是人工邊界，用于不同網格類型，不同坐標系，不同物理模型等流體域的分離。比如空濾進氣口，排氣管道入口和尾管出口等，前后輪的旋轉交界面等。Solids結構樹下是各個需要考慮的固體零部件。
Operations下的操作可根據域的組織需要和流體的生成，靈活設置各種Operations的操作。示例如下：
Operations的流程一旦執行，即可生成需要的流體域，網格，接觸關系等。在Continua節點下只需建立流體和固體兩類物理模型，固體根據材料的不同可選擇Muti-Part的方式。
流體域的建立可參考如下圖的方式，可以用一個默認的邊界對應很多的parts，如有特殊邊界類型的可手動進行建立并匹配到對應的parts上。這樣Region結構樹下簡單明了，完全根據邊界類型及條件需要進行設置。
后處理建議在計算執行之前進行，根據分析目標的要求建立各種標量圖，矢量圖及圖表等。
以上模板的建立是基于手動的方式進行的，但在建立的過程中，一些重復的操作可采用Java腳本進行驅動。
也可借助VSim實現整個自動化設置的過程，但這需要用戶很好地定義Excel輸入表格。模型的復雜程度決定著輸入Excel表格定義的難易程度。目前VSim底層的程序腳本已封裝，現已嵌入SimcenterSTAR-CCM+中作為一個單獨的插件存在。用戶只需定義好輸入的Excel表格及準備好CAD模型文件目錄即可進行圖形界面操作，如下Video所示，可快速實現流程的建立。
展開 兩機仿真丨624所：整機全三維仿真技術加速航空發動機研發
燃燒室、加力燃燒室、噴管等采用計算機輔助設計（CAD）軟件生成三維實體，并對細節結構進行適當簡化，通過該方法解決了整機復雜模型高保真幾何建模關鍵技術，完成了整機復雜模型界面劃分及內流域模型構建。
隨后,開展了整機幾何模型網格快速劃分方法研究。針對常規的壓氣機流道及渦輪流道網格劃分可以采用模板化的全六面體網格劃分工具生成，但針對部分非常復雜的幾何模型，如發動機外涵道、燃燒室、加力燃燒室及噴管的網格劃分需要采用非結構化網格生成工具進行劃分。通過深入研究復雜結構網格的分網策略，將幾何結構關鍵參數對分網結果的影響規律進行提煉和總結，最后生成自動化分網腳本文件，實現上億級網格的自動化快速劃分。通過該方法完成了整機各部件復雜模型網格劃分，并串裝完成整機網格模型，如圖2所示。
圖2 發動機整機及局部網格示例
可壓縮流與不可壓縮流高精度耦合仿真
為解決可壓縮流與不可壓縮流耦合仿真問題，針對發動機風扇、壓氣機、渦輪等高速可壓縮流與燃燒室及部件盤腔等低速不可壓流相互耦合仿真方法進行了研究。重點開展了燃燒室與渦輪部件耦合求解方法研究。從發動機燃燒室與渦輪耦合仿真結果，可以看到主燃燒室核心區速度很低，屬于不可壓縮流動，渦輪導向器區域為高速的可壓縮流，通過多方位對湍流模型參數選取及交界面數據傳遞參數的設定，最終實現了主燃燒室與渦輪高精度耦合仿真（見圖3），獲取了不可壓縮流與可壓縮流參數的高精度耦合數據傳遞方法。
展開 ANSYS FLUENT 動網格模型（上）
動網格模型（上）
動網格模型用于模擬由于流域邊界運動引起流域形狀隨時間變化的流動情況。流動既可以是明確的運動(如具有明確的線速度或角速度)，也可以是未知的運動(這種運動的繞物體重心的線速度或角速度是由流域中固體上的受力平衡得出的)，下一時間步的運動情況是當前時間步的計算結果確定的。
動網格模型概述
動網格模型用于計算運動邊界問題，以及邊界或流域內某個物體的移動問題。在計算之前要先定義體網格的初始狀態，在邊界發生運動或變形后，其流域的網格重新劃分是在FLUENT內部自動完成的，而邊界的形變和運動過程可以用邊界型函數來定義，也可以用UDF函數來定義。動網格模型求解的是非定常問題，需要消耗較大的硬件資源。
展開 整機全三維仿真技術加速航空發動機研發
燃燒室、加力燃燒室、噴管等采用計算機輔助設計（CAD）軟件生成三維實體，并對細節結構進行適當簡化，通過該方法解決了整機復雜模型高保真幾何建模關鍵技術，完成了整機復雜模型界面劃分及內流域模型構建。
隨后,開展了整機幾何模型網格快速劃分方法研究。針對常規的壓氣機流道及渦輪流道網格劃分可以采用模板化的全六面體網格劃分工具生成，但針對部分非常復雜的幾何模型，如發動機外涵道、燃燒室、加力燃燒室及噴管的網格劃分需要采用非結構化網格生成工具進行劃分。通過深入研究復雜結構網格的分網策略，將幾何結構關鍵參數對分網結果的影響規律進行提煉和總結，最后生成自動化分網腳本文件，實現上億級網格的自動化快速劃分。通過該方法完成了整機各部件復雜模型網格劃分，并串裝完成整機網格模型，如圖2所示。
可壓縮流與不可壓縮流高精度耦合仿真
為解決可壓縮流與不可壓縮流耦合仿真問題，針對發動機風扇、壓氣機、渦輪等高速可壓縮流與燃燒室及部件盤腔等低速不可壓流相互耦合仿真方法進行了研究。重點開展了燃燒室與渦輪部件耦合求解方法研究。從發動機燃燒室與渦輪耦合仿真結果，可以看到主燃燒室核心區速度很低，屬于不可壓縮流動，渦輪導向器區域為高速的可壓縮流，通過多方位對湍流模型參數選取及交界面數據傳遞參數的設定，最終實現了主燃燒室與渦輪高精度耦合仿真（見圖3），獲取了不可壓縮流與可壓縮流參數的高精度耦合數據傳遞方法。
高精度氣動與燃燒耦合仿真
由于燃燒室或加力燃燒室內部存在燃油的霧化、蒸發、摻混、快速化學反應等多相流流動特點，而壓氣機、渦輪內部高速流動存在高流動曲率、激波尾跡邊界層相互作用、封嚴流與主流相互摻混現象。因此，燃燒室流動模擬和葉輪機部件內流存在非常明顯的差異，需要對氣動與燃燒耦合仿真模型進行針對性研究，從而確保較高的仿真精度。
展開 鐵水包KR攪拌脫硫仿真
一、建立幾何模型
上面三個圖形分別為：鐵水包（鐵水容器）內腔流域幾何模型，攪拌槳幾何模型，組合（鐵水包內腔減去攪拌槳）模型。
二、多重參考系模型
我們采用MRF模型來處理攪拌槳的轉動，MRF（Multiple Reference
Frame）模型是一種定常計算模型，模型中假定網格單元做勻速運動，這種方法適用于網格區域邊界上各點的相對運動基本相同的問題。大多數時均流動都可以用MRF
模型進行計算，特別是運動網格區域與靜止網格區域間的相互作用比較微弱時可以使用MRF
模型進行計算，例如攪拌器內流場計算、泵和風機內流場計算等等。MRF 模型的另一個用途是用來為滑動網格模型計算提供初始流場，即先用MRF
模型粗略算出初始流場，再用滑動網格模型完成整個計算。我們將整個計算域分割成2個域，外圍的靜態域，以及包裹攪拌槳槳葉的旋轉域（嚴格來說，旋轉需要包裹整個攪拌槳葉，為了節省計算資源，本次計算采用簡化方法），兩個域的交界面完全重合。
三、網格劃分
針對2個區域分別劃分六面體網格，并組合網格
四、關鍵數學模型
1、湍流模型選擇k-Epsilon模型，近壁區湍流粘度計算采用Scalable wall function計算
2、多相流模型采用VOF模型，忽略表面張力對界面影響
五、計算結果
上面左圖流場矢量圖，箭頭方向代表流動方向，箭頭顏色代表流速大小，右圖為流速分布圖
上面左圖為鐵水體積分布圖，右圖中曲面為鐵水自由表面，顏色代表自由表面的流速分布
上面左圖為鐵水包壁壁面剪切力分布，右圖為攪拌槳葉壁面剪切力分布。
展開 
智慧水利數字孿生
05
N項業務應用
水雨情監測系統：由監測中心、通信網絡、水雨情監測設備、水雨情監測系統三部分組成，實現對雨水情等監測設備采集的數據實時接收、解析、存儲、分析、處理以及可視化展示，通過系統可對流域內監測站點分布、運行狀態、實時動態數據、視頻信息、預警信息、維護信息等管理與查看。
水庫大壩安全監測預警系統：主要包括物聯網平臺，無人機平臺以及業務系統，其中物聯網平臺主要提供設備的快速接入和設備管理服務，無人機平臺主要負責水庫大壩三維模型構建以及巡檢支撐，業務系統主要實現小型水庫水雨情和大壩安全的實時監測和預警。
群閘聯控信息系統：通過控制水閘調水補水，實現流域內水資源的靈活調動。在確保水庫群、區間及上、下游安全前提下，實現防洪抗旱以及水資源合理利用。
智慧防汛應急指揮系統：基于數字孿生流域信息平臺，匯總雨水情數據信息，結合洪水“四預”模型，實現預報數據與多維信息的融合與集成，將各類防汛信息進行實時快速地收集、分析和處理，切實加強防汛指揮系統等非工程防洪措施建設，供各級領導和防汛部門科學地調度人力、物力、財力，進行防汛調度指揮，能充分發揮防洪工程的整體防洪作用，最大限度地減輕災害損失。
水環境監管信息系統：通過物聯網平臺實現實時在線多參數水質監測數據接收、解析、分析，支持4G/NB-IOT/北斗等多種網絡，實現在線化監測設備運行、數據接收質量效益分析、監測站點分布可視化、水質質量評價、水質離子動態趨勢分析，河道排污巡查信息管理、綜合信息統計分析等。
展開 關于我國地質災害風險易發性評價難點與方案的討論
為了實現該項工作的科學合理化，鑒于目前已經開展工作取得的經驗，結合多個發生在我國的典型地質災害案例的基礎上，總結地質災害風險易發性評價工作中存在的難點問題，討論難點問題對應的解決方案，提出包括控制和影響地質災害易發性的地質構造指標、水文地質指標、風化作用指標、人類活動指標以及小流域泥石流物源指標。為未來地質災害風險調查評價工作提供參考
。
1 控制地質災害的易發性的地質構造指標
依據《地質災害風險調查評價技術要求》（以下簡稱技術要求），孕育、形成地質災害的地質環境條件主要包括工程地質巖組、易崩易滑地層、斜坡結構、軟弱層、風化程度、巖體結構、地形地貌、地質構造、堆積層厚度、地下水、冰磧物、冰川冰湖等要素。這里反映風化程度、地質構造、地下水和冰川冰湖的要素很不容易尋找到相應的指標，此外人類活動相關的指標要素十分重要，但在實際工作中也很難選擇到合適的指標。
關于地質構造，常見的方法是尋找災害點距離斷層的距離，但這不太科學，因為當我們遇到災害隱患點周邊有很多斷層的時候，該指標難以確定。同樣，當泥石流流域內有很多斷層的時候，這個指標就更加難以確定了。所以，較為合理的衡量地質構造的重要指標之一應是斷層密度。對于泥石流流域來講流域內的斷層總長度除以流域面積即為斷層密度，
▲四川省安寧河流域照壁山滑坡與冷漬溝泥石流斷層密度
對于滑坡和崩塌災害點則建議以災害點為中心，統計長寬各3km范圍內的斷層密度，由此各類區域均可計算斷層密度。這樣也就可以獲得斷層密度與地質災害隱患點的關系，進而確定它是否為主控指標。此外，對于構造隆升強和河流下切速率顯著的區域，建議增加構造隆升速率和河流下切速率與地質災害點的關系統計，因為構造的隆升、剝蝕與災害的發育存在相互作用、相互影響的關系，并且災害點的數量也在一定程度上反映了剝蝕與隆升的強弱。
展開 基于計算流體動力學仿真的離心式人工心臟泵葉片參數優化
將初始模型導入Solidworks軟件，對葉片邊緣進行圓角處理，并添加圓環形葉輪底座，以促進泵內血液的流動，降低泵內流動停滯區，減少溶血和血栓發生的幾率。在Solidworks軟件中處理后的模型如圖1b所示，以直葉片葉輪作為仿真分析的基礎模型。
圖1 鈦合金薄壁件銑削過程有限元仿真流程
在進行仿真計算之前，需要在Solidworks軟件中對泵內流域進行提取和切分，導入到Ansys軟件中的Design Modeler和Meshing模塊，進行前處理，通過布爾運算功能對葉輪流域進行剪切，劃分各部分流域表面以及生成網格，流域模型的網格劃分如圖2所示。單元數為3400180，節點數為628467，經過檢測，網格質量良好。
圖2 流域模型的網格劃分
2.2 邊界條件設置
將網格模型導入到CFD仿真軟件Fluent中進行流體動力學仿真分析，選擇Realizable k-ε湍流模型。介質屬性設置為血液，密度，動力粘度μ=0.0035Pa·s。選擇轉子區域的Frame motion選項，激活該區域的動參考系模型，使得轉子區域成為動網格區域，將葉輪的中心位置設為旋轉中心，轉速設為1700r/min。進口的表面設置為速度入口，根據流量（Q=5L/min）和進口半徑（r=5mm）計算得到進口的流體速度v=1.06m/s；出口的表面設置為壓力出口，葉輪的表面設置為旋轉壁面。把四部分流域之間的接觸表面設為四組交互面，使流體能夠通過各部分之間的交互面從進口處流動到出口處。選擇Standard壓力求解器，Momentum、k、ε均選擇Second Order Upwind格式，按照此設置完成泵的仿真計算。
展開 世界最長輸水隧洞，徐工再次見證“沙漠引水奇跡”
▲ 干旱的巴音布魯克大草原
該工程建成后，將能為約2億人提供用水，流域內生態環境同步得到顯著改善，亙古不變的戈壁荒漠將會變為塞外糧倉與西部花園，更將幫助新疆充分發揮區位優勢，為“一帶一路”貢獻一個重要的商貿物流和科教文化中心區，帶動西部經濟蓬勃發展。
作為國內領先的隧道施工成套化裝備提供商，徐工集團圍繞隧道及地下空間施工裝備板塊不斷深耕細作，致力于為客戶提供優質、高效的隧道施工成套化解決方案，為全面貫徹落實可持續發展貢獻力量。
