流體動力學仿真的案例
高級結構力學和流體動力學仿真在井控設備行業的應用價值丨免費大咖課
高級結構力學和流體動力學仿真在井控設備行業的價值
了解Wild Well Control如何利用仿真技術量化并降低風險、規劃運營及改進響應效果。
在石油與天然氣行業，實現海底泄漏、大氣擴散、火災和爆炸等井控相關潛在風險的集成，對降低整個系統的影響，提高運營效率，以及確保人員健康安全而言至關重要。不僅要在設計階段加強系統完整性風險防御，在設備或系統投入運營后的整個生命周期內同樣需要解決系統完整性風險，以防發生危險。
在本視頻中，Wild Well Control公司工程服務部總經理Alistair E. Gill博士將為您展示高級結構力學和流體動力學仿真在井控、應急響應和規劃等方面的價值。Alistair E. Gill博士舉例說明了海底泄漏、氣體擴散、輻射熱、腐蝕和熱模擬以及結構分析等領域所使用的仿真技術。
Alistair E. Gill
總經理，工程服務部, Wild Well Control公司
點擊獲取完整視頻：http://jishulink555.mikecrm.com/PlTzZEh
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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
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。
2.3 仿真實驗設計
通過仿真分析葉片出口角度、葉片出口寬度以及葉片厚度對人工心臟泵剪切應力和水力性能的影響，從中選取最佳的葉片出口角度、葉片出口寬度、葉片厚度。其中，葉片出口角度β2在0°~90°的范圍內，每隔15°取一個水平；葉片出口寬度b2在1~9mm的范圍內，每隔1mm選擇一個水平；葉片厚度δ在1~4mm的范圍內，每隔0.5mm選擇一個水平。對不同葉片結構參數的葉輪進行仿真并分析，選出剪切應力較小且水力性能滿足使用要求的設計參數。選取最佳的葉片出口角度、葉片出口寬度、葉片厚度的葉輪后，在相應的模型基礎上設置分流葉片，研究分流葉片對泵內剪切應力和水力性能的影響。
3 結果與分析
溶血性能和水力性能是評價離心式人工心臟泵的重要指標，其中，溶血性能與泵內的剪切應力大小有關，水力性能可以通過泵的揚程進行評價。
展開 利用CFD（計算流體動力學/流體仿真技術）判斷液力扭矩系數
本文將探討如何利用CFD（計算流體動力學/流體仿真技術）計算液力扭矩。
液力扭矩（Td）是一種由流體導致的，而且是純粹因流體作用在閥門轉動零件上而產生的扭矩。液力扭矩是和以下各項都相關的函數：閥門設計、閥門開度、壓降和流體方向（對偏心閥而言）。業界通常的做法是利用液力扭矩系數（Cdt）計算相關運行壓力下的液力扭矩。
液力扭矩系數是液力扭矩的無量綱表達式，它是閥體兩端靜壓降和閥門尺寸決定的。液力扭矩系數的計算公式：
按照常規做法，動態扭矩（和流量）系數是通過閥門流量回路試驗來確定的。該試驗通常以水為試驗介質，在均衡的行進流速，且完全湍流（全紊流）、無空化流的條件下，在長而直的管道中進行。
液力扭矩的計算方法是開啟扭矩和關閉扭矩的平均值，因為這兩個扭矩值相加，可以抵消掉摩擦扭矩。壓降的測量規程是上游側距閥門端口兩倍閥門直徑，下游側距離閥門端口六倍閥門直徑，分別在不同流率條件下，針對不同的閥門開度進行測量。
對于大型高壓閥門，由于缺乏專門的試驗設施，其動態扭矩是通過等比例縮小的產品原型估算的。但隨著電腦技術的發展，可以利用計算流體動力仿真軟件判斷各種流體系數。
計算流體動力仿真技術
過去數十年來電腦技術不斷地飛速發展，計算流體動力（CFD）已經成為工程設計的重要工具。CFD利用數字技術解算流體流動方程，不需要閥門的實體模型。流體的流動可以用電腦計算實現模擬。流體動力仿真模擬的步驟通常如下：
預處理
· 通過CAD軟件的幾何參數獲取流體體積信息。
· 將相應體積的虛擬流體分割成有限數量的單元，以便用數字方式解算流體流動方程。
· 設定模型的邊界條件。
解算
· 利用高性能電腦進行迭代計算，解算數字化的流體流動方程。
展開 船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
下載我們有關船舶 CFD 仿真的專題報告。
船舶行業習慣于依賴船池比例模型進行船舶性能預測。盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
展開 
基于ANSYS-Maxwell-Fluent-CFX的變壓器溫度分析
并且一大優勢就是可以快速得到零件的功率損耗數值，通過讀取的熱量來查看
溫升設置-查看功率損耗
溫升結果分布
三、不同的溫度分析方法對比
流體方式：通過Fluent或CFX等流體動力學仿真軟件，可以全面模擬變壓器內部的流體流動和熱量傳遞過程，得到精確的溫度分布。但這種方法需要較高的計算資源和時間。
固體方式：穩態溫升計算等方法主要關注變壓器固體部分的溫度分布，忽略了流體流動的影響。這種方法計算速度較快，但精度相對較低。
在實際應用中，我們可以根據具體需求選擇合適的分析方法。例如，對于需要精確了解變壓器內部流體流動和熱量傳遞的情況，可以選擇流體方式；而對于只需要大致了解變壓器溫度分布的情況，可以選擇固體方式。
四、案例分析
基于ANSYS的變壓器溫度分析案例：
我們首先使用Maxwell計算了變壓器的功率損耗，然后利用Fluent進行了流體動力學仿真，得到了變壓器內部的溫度分布。通過對比實驗結果和仿真結果，我們發現兩者吻合度較高，證明了仿真分析的準確性和可靠性。
溫度分布結果
五、結語
通過ANSYS軟件家族中的Maxwell、Fluent和CFX等工具，我們可以對變壓器進行精確的溫度分析。不同的分析方法各有優勢，我們可以根據具體需求選擇合適的方法。希望本文能為您在變壓器溫度分析方面提供有益的參考。
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展開 醫學流體力學血流動力學仿真模擬培訓班
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生物流體力學及血流動力學建模仿真技術培訓班
生物流體力學及血流動力學建模仿真技術培訓班
汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
隨著計算機性能的不斷提高，CFD 軟件逐漸成為工程師的常用工具，在產品開發的初期就確立設計方案。今天所面臨的挑戰是如何更好地利用這些軟件，以及由誰使用。
“大約十年前，我們要說服人們相信CFD 及仿真可以帶來價值。今天，CFD 已經成為汽車行業中普遍使用的工具，應用于整個汽車開發流程的各個階段，”福特公司熱系統及空氣動力系統工程以及計算機輔助工程主管Burkhard Hupertz 博士說道。他所領導的團隊主要負責新車空氣動力學及動力總成冷卻設計的虛擬優化及驗證工作。
一項成熟的技術一旦可以帶來可靠的結果就可以得到廣泛的應用。“在車輛基本空氣動力學設計及車輛外形及底部設計優化方面所采用的方法已經非常成熟了，”他說道。因此，人們對CAE技術在開發流程中所發揮的作用的期望也發生了巨大的改變。以前，CAE 主要用來評估設計提案的可行性。“今天，由于設計參數數量的大量增加，人們希望CAE 可以幫助推進整個車輛的開發流程。”Hupertz 說道。
為了達到這個目的，福特公司正在制訂新的開發流程——如何更好地通過CFD 軟件來確定車輛設計中最重要和最有依賴性的參數。Hupertz 認為基于CAE 的實驗設計（DOE）是最佳的解決方案。DOE 可以讓工程師對大量的有關車輛造型和系統性能的設計參數的效果進行深入探索。對如何利用幾百次的測試運行有詳細規劃的優化軟件包是關鍵。此外，還有一個關鍵因素是復雜的變形工具，可以幫助設計人員知道如何對車輛造型做出改進。最后， “我們在用戶友好界面方面投入了大量精力，這樣設計人員和作圖人員就可以了解并直觀地理解空氣動力學工程師想表達的意思，”Hupertz 表示。
展開 汽車開發中的空氣動力學及流體力學仿真
能源使用和管理對電動汽車和各種混合動力車來說都是非常重要的一項工作。有效的空氣動力學設計對這些車輛來說就意味著冷卻系統阻力、滾動阻力、風阻（Cd）以及傳動損失的減少。“人們為提高車輛燃油經濟性絞盡腦汁，事實上是包含了所有這些領域的一個整體工作。”他說道。
在這些分析中，系統仿真和彼此的交互與獨立的空氣動力學分析相比較來說更加重要。他舉例來說，2007 年，公司重新設計了STAR-CCM+ 代碼， 其目的是為了更容易地實現對系統仿真的分析。“這才是實現最佳設計的推動因素，而不僅僅是流體力學，”Ross 解釋道。STAR-CCM+ 涵蓋機械張力、熱傳遞以及空氣聲學，此外還有其他一些物理領域。STAR-CCM+ 還有一個耦合求解器，可以解決多個物理領域的問題。
開發流程本身是一個耦合系統，包含風洞測試和CFD 仿真。“今天所有大型汽車制造商每天都針對空氣動力學進行仿真和風洞實驗，”他說道。風洞實驗采用近似模型，與仿真差不多，只不過模型不同而已。一旦原型和相關部件制作好，風洞實驗產生的結果更快。相比較來說，仿真可以進行一些通過物理方式永遠無法實現的設計測試。此外，仿真還可以對結果實現可視化， 而這些可能通過物理數據根本無法實現。“這兩種方式形成了完美的互補。”Ross 表示。
他還指出他的客戶提出需要更多的優化解決方案， 可以最大化地利用他們所做的仿真。該公司不久前收購了Red Cedar 公司，后者擁有一套產品，可以通過其專有的SHERPA 算法對設計進行優化。
在產品許可方面，考慮到一些用戶并不是一直有仿真的需求，CD-adapco 推出了Power-On-Demand 許可方式，每個案例并不限制軟件內核的使用次數。而對優化研究來說，客戶通常同時運行多個仿真任務。
展開 【流體仿真】具有空氣動力學反饋的2D汽車輪廓的交互設計
雖然流體模擬提供了評估給定形狀的空氣動力學性能的手段，但它的計算成本阻礙了它在設計的早期探索階段的使用，在這個階段，美學是決定的。交互式系統可幫助設計師創建空氣動力學汽車輪廓。
系統依賴于一個神經代理模型來預測汽車形狀周圍的流體流動，一旦設計師繪制出汽車輪廓，就為他們提供流體可視化和形狀優化反 饋。與之前專注于時間平均流體流動的工作相比，描述了如何在從多個預計算模擬中提取的瞬時、同步觀測數據上訓練我們的模型，這樣我們就可以對動態流動特征(如渦流)進行可視化和優化。
01
/ 介 紹/
系統將汽車的外形(a)作為輸入，并預測汽車周圍的流場(b)。
展開 多物理場的計算流體動力學仿真軟件Cradle CFD官方推薦學習資料
Cradle CFD可以通過對直接影響產品性能的流體和熱現象進行基礎研究，可以在概念設計階段提高設計質量。在詳細設計階段，將在與實際產品相似的條件下進行仿真。通過這項工作，設計工程師可以了解限制性能的問題根源，并在生產開始之前研究替代的設計解決方案。
其適用場景非常豐富，主要應用如下：穩態和瞬態、移動/旋轉分析、輻射、化學反應、流固耦合分析、自由表面、空化、葉輪機械模型、可壓縮流體、空氣動力學噪聲分析、沸騰模型、凝固/熔融、多相流、濕度凝露、液膜模型、粒子追蹤、壓力損失模型、大渦模擬、映射、風扇型號、焦耳熱、流體軸承設計……
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01
直播推薦
隨著集成技術和微電子封裝技術的發展，電子元器件的總功率密度不斷增長，而電子元器件和電子設備的物理尺寸卻逐漸趨向于小型、微型化，所產生的熱量迅速積累，導致集成器件周圍的熱流密度也在增加，所以，高溫環境必將會影響到電子元器件和設備的性能，這就需要更加高效的熱控制方案。因此，電子元器件的散熱問題已演變成為當前電子元器件和電子設備制造的一大焦點。
展開 
你想知道的CFD仿真分析流程在這里！ 附計算流體動力學分析：CFD軟件原理與應用下載
07
判斷解的收斂性
判斷計算殘差是否收斂
判斷進出口質量是否守恒
監測物理量變化
08
可視化輸出計算結果
流線圖
云圖
儲能集裝箱溫度云圖
潔凈室壓力云圖
車間速度云圖
矢量圖
車間速度矢量圖
空氣齡
潔凈室空氣齡圖
粒子沉積
下載地址：計算流體動力學分析：CFD軟件原理與應用
ANSYS 16.0 系列在線培訓(送亞馬遜禮品卡華為Mate7 尊爵版）
■ No.1：ANSYS 16.0 Workbench網格剖分技巧
2015年2月10日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.2：ANSYS 16.0 HFSS的新功能
2015年2月12日 14:00-15:00 點此報名 查看詳情
■ No.3：ANSYS 16.0 Maxwell的新功能
2015年3月4日 14:00-15:00 點此報名 查看詳情
■ No.4：ANSYS 16.0 Icepak的新功能
2015年3月5日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.5：ANSYS 16.0 電磁兼容設計平臺
2015年3月10日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.6：ANSYS 16.0 流體動力學仿真新功能
2015年3月11日 14:00-15:00 點此報名 查看詳情
■ No.7：ANSYS 16.0 SCADE Display
2015年3月12日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.8：ANSYS 16.0 電機設計平臺
2015年3月17日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.9：ANSYS 16.0 結構仿真新功能
2015年3月18日 14:00-15:00 點此報名 查看詳情
■ No.10：ANSYS 16.0 流體動力學仿真新功能
2015年3月19日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.11：ANSYS 16.0 Workbench 幾何結構處理概述
2015年3月24日 20:00-21:00 點此報名 查看詳情
■ No.12：ANSYS 16.0 SCADE Suite
2015年3月25日 14:00-
展開 學液壓要知道的幾個流體動力學公式
1.連續性方程
使用條件：①穩定流;②流體是不可壓縮的
2.理想流體伯努利方程
使用條件： ① 質量力只有重力; ② 理想流體;③穩定流動
3.實際流體總流的伯努利方程
使用條件： ① 質量力只有重力; ② 穩定流動;③不可壓縮流體;④緩變流;⑤流量為常數
4.系統中有流體機械的伯努利方程
使用條件： ① 質量力只有重力; ② 穩定流動;③不可壓縮流體;④緩變流;⑤流量為常數
5.穩定流的動量方程
符號意義
A1，A2———任意兩斷面面積，m2
v1，v2———任意兩斷面平均流速，m / s
Q1，Q2———通過任意兩斷面的流量，m3 / s
Z1，Z2———斷面中心距基準面的垂直高度，m
α———動能修正系數，一般工程計算可取，α1 = α2≈ 1
hw———總流斷面 A1 及 A2 之間單位重力流體的平均能量損失，m
H0———單位重力流體從流體機械獲得的能量(H0 為“+”)，或單位重力流體供給流體機械的能量(H0 為“-”)，m
∑F———作用于流體段上的所有外力，N
展開 關于計算流體力學，你知道多少？ 附計算流體動力學分析下載
有限體積法：適用于流體計算，可以應用于不規則網格，適用于并行。但是精度基本上只能是二階。有線單元法在應力應變，高頻電磁場方面的特殊優點正在被人重視。
下載地址：計算流體動力學分析
