Hexpress
關注創建者：Fidelity CFD 創建時間：2023-04-04
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NUMECA Lifehack#27 | Fidelity Hexpress 的改進
NUMECA Lifehack#27 | Refinements in Fidelity Hexpress
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這就是 AutoSeal 與 OMNIS/Hexpress相結合 可以發揮巨大作用的地方，本田是其早期采用者之一。
本田已經是 OMNIS/Hexpress 的長期用戶，而 AutoSeal 技術是使他們的設計過程更加高效的合乎邏輯的下一步。他們首次選擇將其應用于機艙內飾設計，對結果非常滿意。Honda Automotive 的總工程師 Akio Takamura 先生報告說，以前熟練的工程師通常需要整整一周的時間來封閉機艙空間的所有孔洞，而現在使用 AutoSeal 后整個過程縮短到大約一小時。該技術的穩健性得到了明確證明：他們在十種不同的車型上取得了 100% 的成功率。
“在過去的幾年里，我們觀察到每個版本的 OMNIS/Hexpress 都有加速改進，但這是一個重大突破。”
-先生。本田汽車總工程師 Akio Takamura
以下是它的工作原理：基于連續的八叉樹改進，AutoSeal 能夠檢測臟幾何體的哪些單元格實際上位于其內部或外部。這允許系統在給定的用戶定義閾值下逐步識別缺失的表面。AutoSeal 隨后會自動封閉這些孔洞和空腔的表面。
該過程的另一個優點是它可以由一個人在同一環境中完成：在 AutoSeal 運行后直接傳遞到網格設置，無需為此與設計部門來回走動。為了測試這些網格是否返回與 CAD 模型完全相同的結果，本田決定對空氣動力學性能計算進行比較。Takamura 先生說，他們研究了十多種不同型號的熱交換器的空氣動力系數和通過風速，發現這些型號之間幾乎沒有差異。
為了在 CAD 準備就緒后進一步加快該過程，本田使用 OMNIS/Hexpress 的獨特功能在分布式內存上進行并行網格劃分。該技術允許同時在多臺計算機或集群模式下并行生成網格。結果，可以在幾分鐘內創建數千萬個細胞。
展開 圖 1：要優化的工業風扇螺旋槳和蝸殼以及使用 Hexpress 創建的表面網格
方法
首先，我們使用 FINE /Open 進行了一系列的阻風門到失速模擬，FINE /Open 是一個包含 NUMECA 非結構化網格器的 CFD 求解器包，并將結果與實驗數據進行比較，以證明對 CFD 和設置的信心，
快速網格生成
Hexpress用于捕獲蝸殼和葉輪的細節，并生成具有邊界層的 7.5M 節點網格。要執行性能曲線的穩態計算，只需對葉輪的一個流動路徑進行網格劃分即可。每次計算使用 96 個核，并在一個小時內達到完全收斂。
圖 2 : 所有數據庫和優化樣本相對于目標值的散點圖（星號表示的最佳樣本）（左上）通過自組織圖（右上）每個輸入的參數之間的相關性和反相關性通過方差分析顯示參數對結果的貢獻（下）使用留一法 (LOO) 圖顯示模型可靠性（右下）
優化 #1：確定影響性能的參數
首先，我們確定了對離心風機性能的主要影響，以便有效地進行優化。因此，我們選擇了 20 個參數來定義輪轂和護罩的幾何形狀、機翼金屬角度以及機翼彎度和傾斜度。這些參數是項目成功的關鍵。對于每組參數，我們在 FINE/Design3D 中創建了一個新的幾何圖形，并利用專用的 Python 腳本來節省在 OMNIS/Hexpress 中生成非結構化網格的時間。參數化后，使用 Minamo 模塊在 FINE/Design3D 中生成實驗設計 (DOE) 數據庫。Minamo 數據挖掘工具的優化基于進化算法，并采用替代模型以實現更好的收斂。構建了一個包含 70 個樣本的數據庫，覆蓋設計空間，在三個流速（失速、近設計點和節流）下總共有 210 個 CFD 結果。通過應用網格到網格的插值來改進每個 CFD 的初始化，我們能夠將迭代次數（CPU 時間）減少 25%。
展開 Tim Conners，Boom Supersonic 首席推進工程師
為這項任務選擇了非結構化六邊形網格劃分工具 OMNIS/Hexpress 和非結構化流動求解器 OMNIS/Open-DBS with OpenLabs 。除了減少計算資源外，Boom 還能夠在大部分運行中利用 NUMECA 獨特的收斂加速技術 CPUBooster。
優化項目
在過去的一年里，一些設計研究將 NUMECA 解決方案用于 XB-1 和 Overture，包括：
入口排放室流出文丘里管尺寸和二次流路性能驗證。這些小案例最初在筆記本電腦上運行，后來作為工作流程的一些初步測試轉移到 Rescale 云計算平臺
用于求解器驗證的獨立噴射器噴嘴模擬，與之前的內部方法相比，巡航時噴嘴總推力系數的百分比差異為 0.1%。在 Rescale 的 360 個內核上運行了多達 1 億個單元的網格模擬
冷卻門尺寸研究。24 個案例的 1 億個單元的結果用于表征噴射器噴嘴的流動泵送特性，并幫助匹配入口和噴嘴的流動時間表
Overture 機翼/機身和機翼/機身/機艙模擬。為全跨度模型生成了 200-2.5 億個單元格的網格，并在巡航條件下進行了模擬，以將粘性結果與保真度較低的初步設計工具和非粘性模擬進行比較
跨越飛行包線的噴射器噴嘴分析（在旁邊開發）
噴射器噴嘴分析
該分析是 XB-1 演示器開發的一部分。目的是對跨越飛行包線的噴射器噴嘴進行分析。
嚙合
為了減少工程時間并簡化網格劃分過程，集成從 CAD 級別開始，通過命名幾何體的每個零件/表面。然后將 CAD 文件傳輸到 OMNIS/Hexpress，后者根據每個零件/表面的名稱應用特定的網格細化。
展開 Omnis/Hexpress – Surface to volume meshing approach
Omnis/Hexpress extends its unstructured mesh generation tool set with the surface-to-volume module.
The surface-to-volume module allows generating 3D grids with high-quality surface meshes, aligned with the geometry and with smooth and thickness-controlled viscous layers when the geometry is clean and conformal.
Omnis/Autogrid - Meridional effects with autoblocking (beta)
Omnis/AutoGrid can now generate multi-block structured meshes of axisymmetric meridional effects (e.g. seal leakage, bleed or cavities) connected to the channel of the turbomachinery configuration.
Omnis/Turbo – Coarse grid simulation
The Omnis/Turbo simulation can run on a coarser grid level with the same mesh and simulation setup.
展開 『AutoMesh』 NUMECA公司針對各行業工業產品的自身特點，創新性地推出了一體化網格生成系統—AutoMesh，該網格生成系統包括結構化網格生成器IGG與AutoGrid，非結構化全六面體網格生成器HEXPRESS以及混合網格生成器HEXPRESS/Hybrid，幾款生成器各具特點，與主流的CAD軟件以及CFD軟件均具備接口，用戶可根據不同行業和產品需求選擇不同的網格劃分方式和工具，為用戶提供了專業快速的解決方案。 優勢：業界功能最為強大的網格劃分解決方案，快速高效的結構化/非結構化網格，適用于所有的流體機械；極大減少網格劃分的時間和精力，讓用戶專注于分析物理問題。 『AutoGrid 5』 AutoGrid 5是AutoMesh中的重要組成模塊，它是基于模板技術的葉輪機械全自動結構化網格生成器，在葉輪機械領域得到了廣泛應用和好評。 其獨有的Row Wizard功能，采用預先內置多種葉輪機械網格模板的方式來避免用戶對拓撲結構和網格節點分布的大量手動調整，在保證網格質量的前提下，大幅減少了工程師的工作量和網格劃分所需時間。在導入幾何之后，應用網格模板生成高質量的結構化網格只需要數分鐘時間。 AutoGrid 5是基于模板技術的葉輪機械全自動結構化網格生成器，在葉輪機械領域得到了廣泛應用和好評。其獨有的Row Wizard功能，采用預先內置多種葉輪機械網格模板的方式來避免用戶對拓撲結構和網格節點分布的大量手動調整，在保證網格質量的前提下，大幅減少了工程師的工作量和網格劃分所需時間。在導入幾何之后，應用網格模板生成高質量的結構化網格只需要數分鐘時間。
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HEXPRESS用來生成完全六面體或六面體主導的混合網格、可處理任意復雜幾何生成高質量的非結構化網格。高質量網格的生產速度比其他CFD產品快兩個數量級。
“在豐田汽車歐洲公司，我們選擇 Cadence Omnis Autoseal 和 Omnis Hexpress（Omnis 軟件功能現已集成在Cadence Fidelity CFD 軟件平臺中）作為CFD 預處理的標準工作流程。這使我們的總交付周期和工時分別減少了 91% 和 97%，同時還提供了高質量的網格和出色的圖層覆蓋率。”
在切換到 OMNIS/Hexpress 后，成功地將 CPU 時間縮減到過去的三分之一，工程時間縮短到每個網格 30 分鐘，取代原先的幾周時間。
用于使用 Hexpress 創建域和網格設置的現成腳本。
文章來源：cadence博客
豐田歐洲車輛性能經理 Antoine Delacroix 表示：
“我們將 Autoseal 和 Hexpress 作為 CFD 處理的標準流程。這讓我們獲益匪淺：我們的總體投產準備時間和工時相應縮短了 91% 和 97%，同時能夠持續提供高質量的網格，層覆蓋率也非常高。得益于高水平的自動化和標準化，根據 CAD 文件創建網格并不需要經過長時間的預處理培訓。
從而可完成高質量的全六面體結構化網格生成，對并行計算架構的高效利用，使 16 核并行生成 1 億網格僅需 2 分鐘，極大減少產品研發周期；
AutoMesh/Hexpress
“我們選擇 NUMECA Autoseal 和 Hexpress 作為我們 CFD 預處理的標準工作流程。”豐田汽車歐洲公司車輛性能工程研發經理 Antoine Delacroix 說，“這兩項技術幫助我們將總體準備時間和工作時間分別減少了 91% 和 97%，同時始終提供高質量網格。由于高度的自動化和標準化，不需要進行長時間的學習培訓，即可輕松從 CAD 模型生成網格。
Fidelity Hexpress 用于燃燒和氣體擴散分析，Fidelity Autogrid 用于渦輪機械。
圖 2：OPRA 的 CFD 模擬流程
以下案例研究展示了使用Fidelity Automesh進行 CFD 仿真。
項目介紹：
OPRA 已經為船上開發了 OP16 發電機組的船用版本。作為該項目的一部分，對 OP16 船用組件進行了氣體擴散分析。
使用 Omnis Auto Grid 的轉輪葉片、導流葉片和固定葉片的結構化網格（左側）和使用 Omnis Hexpress 的尾水管的非結構化網格（右側）。
在處理不穩定或偏離設計的模擬時，需要設置每次旋轉的時間步長。為了加速模擬，可以使用 Omnis OpenLabs 更改整個模擬的時間步長。
圖 1：要優化的工業風扇螺旋槳和蝸殼以及使用 Hexpress 創建的表面網格
方法
首先，我們使用 FINE /Open 進行了一系列的阻風門到失速模擬，FINE /Open 是一個包含 NUMECA 非結構化網格器的 CFD 求解器包，并將結果與實驗數據進行比較，以證明對 CFD 和設置的信心，
快速網格生成
Hexpress用于捕獲蝸殼和葉輪的細節，并生成具有邊界層的
