SCRYU/Tetra的案例
基于Cradle從工程學(xué)角度預(yù)測(cè)血管和氣管的流量并研究生物
這次，我們討論了生物領(lǐng)域獨(dú)有的SCFLOW&SCRYU/Tetra案例。將流體工程學(xué)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域正在穩(wěn)步帶來(lái)新的見解。我期待著該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展。
案例分析 | 從工程學(xué)角度預(yù)測(cè)血管和氣管的流量并研究生物
Scflow&SCRYU / Tetra認(rèn)為其中的計(jì)算穩(wěn)定性很高。當(dāng)我使用完全相同的網(wǎng)格進(jìn)行比較時(shí)，其他同類CFD軟件發(fā)散了，但是看來(lái)我可以使用SCRYU/Tetra進(jìn)行計(jì)算而沒(méi)有任何問(wèn)題。
在SCFLOW&SCRYU/Tetra中，易于使用性以及專業(yè)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)的支持對(duì)日常分析工作有很大幫助。一名學(xué)生說(shuō)：“我不了解的大多數(shù)東西都可以通過(guò)幫助搜索解決。日語(yǔ)也很容易使用。” “能夠立即在電話上收聽支持也很有幫助，”（中村先生）。他還喜歡這樣一個(gè)事實(shí)：與其他工具相比，SCFLOW&SCRYU/Tetra的可視化效果更好。由于圖像可以并排排列，因此易于在不同條件下進(jìn)行比較，并且可以保存視點(diǎn)，從而易于使用。
對(duì)SCFLOW&SCRYU/Tetra功能的要求是知道某個(gè)區(qū)域中粒子的平均壽命。另外，如果旋流和在流道橫截面中更容易輸入變化分布，則將更容易使用。中村說(shuō)：“這是我們的專長(zhǎng)，因此我們可以使用用戶子程序進(jìn)行設(shè)置，但這對(duì)醫(yī)療人員而言可能是一大障礙。” 對(duì)于醫(yī)療領(lǐng)域的人們來(lái)說(shuō)，只需按一下按鈕，就能看到醫(yī)療領(lǐng)域中經(jīng)常使用的指標(biāo)，例如壁面剪應(yīng)力等。
生物特有的困難
本次分析中，創(chuàng)建網(wǎng)格是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，并且每次都要花費(fèi)大量時(shí)間。與工業(yè)產(chǎn)品相比，生物具有復(fù)雜的形狀，例如彎曲和細(xì)微的不規(guī)則形狀，以及從粗大血管到細(xì)小血管的分支。作為原始數(shù)據(jù)的CT數(shù)據(jù)中也存在很多細(xì)節(jié)問(wèn)題。DICOM是CT拍攝的醫(yī)學(xué)圖像的格式，可以導(dǎo)入圖像可視化軟件并創(chuàng)建了STL文件。閥門通過(guò)CAD單獨(dú)建模，并通過(guò)造型軟件調(diào)整形狀。他說(shuō)，這些任務(wù)可能需要一周的時(shí)間。由于樣品的形狀每次都不同，因此每次都需要工作，并且當(dāng)樣品進(jìn)一步跳動(dòng)時(shí)，會(huì)添加隨時(shí)間變化。如果要用于手術(shù)支持，可以進(jìn)行自動(dòng)化流程。
這次，我們討論了生物領(lǐng)域獨(dú)有的SCFLOW&SCRYU/Tetra案例。
展開 SC/Tetra簡(jiǎn)介
SCRYU/Tetra is a multi purpose CFD system that has a capability of producing a precise geometry with unstructured mesh. It offers you a high speed and precise computation as well as an incredibly easy operation of mesh generation like you have never experienced. No other CFD system has ever achieved like SCRYU/Tetra!!
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設(shè)計(jì)仿真 | 從形狀到香味，CFD助力朝日啤酒公司為客戶創(chuàng)造更好感官體驗(yàn)
朝日啤酒食品技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室開始引入了 Cradle CFD的一個(gè)模塊SCFLOW & SCRYU/Tetra，因?yàn)镃radle CFD軟件在功能性和操作性的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)及海克斯康技術(shù)工程師豐富的專業(yè)知識(shí)，得到了客戶的支持與認(rèn)同。
邂逅香味的發(fā)展歷史
香氣是產(chǎn)品的魅力所在，而最大限度地發(fā)揮香氣的玻璃杯是一個(gè)重要的容器，可以提高飲用品質(zhì)感受。海克斯康的熱流體分析軟件 Cradle CFD 提供了分析工具，可讓研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)“開發(fā)一種能夠最大限度地提高產(chǎn)品香氣的特殊玻璃杯”的開發(fā)愿望。用各種形狀的玻璃杯模擬了杯中物質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象，并與人類的感官一起進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，最終設(shè)計(jì)出了一種工程和感官相融合的玻璃杯形狀。
實(shí)施玻璃杯氣流分析
首先，在葡萄酒杯、雞尾酒杯、通用杯等10種形狀不同的玻璃杯中填充一定量的威士忌，蓋上一定時(shí)間的蓋子，用特殊的酒精可視化照相機(jī)（圖1）拍攝了剛?cè)∠律w子后在玻璃杯內(nèi)蒸發(fā)的酒精擴(kuò)散的情況，照相機(jī)是客戶為這個(gè)項(xiàng)目尋找到的。如預(yù)期拍攝的那樣，成功地可視化了酒精的擴(kuò)散（圖2）。因?yàn)榫凭泻邢阄兜某煞郑匀绻茉贑FD解析上模擬這種狀態(tài)，就能模擬香味的擴(kuò)散。隨后開始使用Cradle CFD創(chuàng)建CFD分析模型。
圖1 使用紅外熱像儀可視化酒精擴(kuò)散
圖2 CFD分析結(jié)果（顯示玻璃杯內(nèi)空氣的擴(kuò)散物質(zhì)的濃度×流速）顯示酒精擴(kuò)散情況
最開始先測(cè)量了一個(gè)個(gè)的玻璃杯形狀，用3D-CAD軟件制作了三維模型之后，用Cradle CFD讀入CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。接著，為了模擬由于蓋的開放而引起的玻璃內(nèi)空氣的對(duì)流，不是對(duì)蓋本身進(jìn)行建模，而是通過(guò)使用體積力這一功能，在玻璃的上部產(chǎn)生流速，再現(xiàn)蓋的運(yùn)動(dòng)（圖3）。
圖3 模擬開蓋運(yùn)動(dòng)
在Cradle CFD中，可以顯示擴(kuò)散物質(zhì)的濃度和流速等各種物理量。
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MOLDFLOW：包括注塑成型的流動(dòng)，模具冷卻，收縮，翹曲等塑料過(guò)程仿真。是同行中的老大。
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Optistruct：Altair開發(fā)的專業(yè)優(yōu)化求解器，功能強(qiáng)大。
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案例分享 | Cradle CFD創(chuàng)新可實(shí)現(xiàn)出色的室內(nèi)空氣流通
通過(guò)使用3個(gè)設(shè)計(jì)變量和2個(gè)目的函數(shù)以及可與“SCRYU/Tetra”耦合使用的優(yōu)化軟件“Optimus?for Cradle”，尋找最優(yōu)值。
具體來(lái)說(shuō)，利用各種參數(shù)計(jì)算了約900萬(wàn)要素的解析模型（圖1）30個(gè)案例，從其結(jié)果制作的Parato前沿中提取了3個(gè)點(diǎn)，對(duì)它們制作了試制品并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果是，無(wú)論哪個(gè)參數(shù)，性能都比現(xiàn)行產(chǎn)品高，以同風(fēng)量，噪音值最大為降噪2.5dB，全壓效率最大改善2.5pt（表1：與現(xiàn)行產(chǎn)品的比較）。重森先生說(shuō)：“從這個(gè)結(jié)果可以證明，如果提高效率即減少損失的話，就會(huì)降低噪音。”
通過(guò)噪聲可視化來(lái)進(jìn)一步提高性能
通過(guò)對(duì)形狀進(jìn)行優(yōu)化，可以得到高效率、低噪音的參數(shù)，但該公司的努力并沒(méi)有就此結(jié)束。據(jù)說(shuō)選擇了性能好的1個(gè)模型，進(jìn)行了更詳細(xì)的流體分析。“優(yōu)化當(dāng)然是有效的，但是像流體現(xiàn)象那樣非線性強(qiáng)的現(xiàn)象，很多時(shí)候都得不到真正的最佳解，所以集中模型對(duì)噪音的產(chǎn)生進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以更高的水平達(dá)到目的。”（重森）。
噪音的詳細(xì)研究采用了大渦模擬（Large-Eddy Simulation：LES），以便能夠捕捉更小的旋渦和壓力波動(dòng)。分析的規(guī)模約為4000萬(wàn)個(gè)要素，計(jì)算也是每一個(gè)案例使用144核并行的計(jì)算機(jī)85小時(shí)，是優(yōu)化時(shí)實(shí)施的分析的40倍。通過(guò)這個(gè)計(jì)算，他挑戰(zhàn)確定作為噪音產(chǎn)生源的小漩渦的起源，并把握如何減少。
從分析結(jié)果來(lái)看，重森先生關(guān)注的兩個(gè)地方。風(fēng)扇的翼前緣部和翼外周部的壓力變低的部分（圖2的黑框）。這一部分的壓力降低被認(rèn)為是渦流產(chǎn)生的原因，為了使壓力降低變小，將其改良成翅膀形狀，可以減少噪音。
圖2：LES分析的壓力分布圖
圖3以從翼的正側(cè)面觀察某一瞬間的壓力分布的圖表示。改良前（下）有從翼面剝離的流動(dòng)，有細(xì)小的壓力變動(dòng)，旋渦發(fā)生的情況也可以親眼確認(rèn)。
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