一維流體動力學仿真的案例
SAMCEF 轉子動力學仿真案例（一維二維三維）
SAMTECH 公司是世界著名的有限元軟件S A M C E F 的開發商及供應商，成立于1986年，專注于機械系統仿真、數值分析和多學科優化等領域。30年來，SAMTECH憑借強大的技術實力、專業的技術團隊及完善的服務體系贏得了全球眾多用戶的青睞。轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。SAMCEF FOR ROTOR是專業的轉子動力學分析軟件，在航空發動機設計分析領域有著廣泛應用，是世界范圍內著名的商用轉子動力學軟件，包含多種轉子模型的定義。
1.一維模型梁—剛性盤—彈簧模型
轉子采用梁單元模擬，軸承采用彈簧單元模擬，輪盤采用集中質量單元模擬。這種模型計算速度快，適用于有大量設計參數需要進行調整的初步分析。
2. 二維模型傅里葉多諧波軸對稱模型
轉子采用2D 傅里葉多諧波單元模擬，可準確描述結構的軸向變形、扭轉變形和彎曲變形。這種模型適合對轉子結構創建更精細的計算分析模型及葉片數量較大的轉子模型。
3. 三維模型（多級）循環對稱模型或3D 模型
轉子采用3D 有限元實體單元模擬，可以更詳細、更精確的描述發動機的幾何特性。適用于結構彎扭振動耦合作用明顯時或者葉輪、風扇等較復雜的幾何模型。
這里有SAMCEF轉子動力學建模實例，包括1維/2維/3維模型，
SAMTECH 公司是世界著名的有限元軟件S A M C E F 的開發商及供應商，成立于1986年，專注于機械系統仿真、數值分析和多學科優化等領域。30年來，SAMTECH憑借強大的技術實力、專業的技術團隊及完善的服務體系贏得了全球眾多用戶的青睞。轉子動力學分析是判斷航空發動機運行穩定性和可靠性的重要依據，也是提高系統效率、延長使用壽命、實現系統優化設計的技術和理論基礎。
展開 CFD專欄丨透平冷卻一維流體仿真
采用一維仿真計算可以獲得最佳的冷卻效果。
航空發動機結構示意圖
高壓透平第一級輪盤冷卻計算
原理圖
邊界條件
3個冷氣入口，一個出口，輸入總溫、總壓邊界
邊界條件
如果入口是旋轉的，還需要輸入Swirl數（氣流切向速度和輪盤線速度的比值）
旋轉腔體的建模
Cavity示意圖
導入CAD模型，抓取幾何上的特征點，將盤腔沿徑向切割為8個區域(Cavity)。利用角動量守恒原理計算氣流在每個Cavity中的速度、溫度、壓力和Swirl的變化。
注意：Cavity只能通過Vortex Chamber或Inertial Chamber創建。
流體系統一維三維耦合仿真的一點粗淺之見（大神求放過）
對于流體系統，在對系統計算精度要求不高，或者系統模型簡單的時候，這種多尺度仿真方法并沒有突出的特點和優勢。單一尺度的流體系統模型（比如FLOWMASTER或者AMEsim搭建的熱流體模型）就足以應付。但是隨模型復雜程度的提高，設計的流體系統不斷復雜多樣，單一尺度的等效模型顯示出其固有的局限性。其中一個主要缺點就是它的精度無法滿足實際應用的要求，對于一個含有各種“非標準模型”的復雜流體系統，單一尺度模型難以描述其行為。例如，發動機進氣歧管、幾何形狀不規則的排氣管等等，我們很難使用一維模型去描述這些模型內部物理參數的變化規律。
在流體系統中，有些單一尺度的模型（如一維FLOWMASTER模型）是基于經驗和實驗的。所以，為了獲
得更加精確的計算結果，人們選擇精度更高、計算時間更長、尺度更加“微觀”的三維CFD計算。然而，在整個流體系統上使用微觀尺度量級的模型（尤其當模型存在大的尺寸跨度時候），增加了建模的復雜性和龐大的計算量，計算成本急劇升高，甚至是根本無法實現。而且即便這樣，計算結果可能包含許多我們并不關注的信息，甚至可能忽略了我們所關心的信息。
鑒于上述不足，人們發展了這種一維三維耦合的方式，來兼顧流體系統的一維尺度和三維尺度，對于一些幾何形狀復雜、內部流道復雜，難以使用一維模型描述的部件（比如發動機氣缸冷卻水套、高壓油軌）、我們釆用三維CFD模型計算；而對于管道、彎頭、三通管等等可以用一維模型描述的部件，我們釆用一維模型計算。這樣，實現了一維-三維流體系統聯合仿真。這也是傳統流體計算經驗實驗方法與現代數值計算方法的結合。
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 
醫學流體力學血流動力學仿真模擬培訓班
[圖片]
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
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 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?！霸谲囕v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?！敖裉?，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?！盚upertz 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?！叭藗優樘岣哕囕v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?！彼f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?！斑@兩種方式形成了完美的互補?！盧oss 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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官方推薦學習內容
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。
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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
以下為部分截取
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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
設計仿真 | 直播預告-Adams Car系列講座一：車輛動力學建模
為了節省初學者的學習時間提升學習效率，?？怂箍倒I軟件特地推出以車輛動力學為主題的Adams Car系列講座，通過對車輛動力學基礎建模、高級建模、載荷分解及車輛穩定性的操縱分析這四個系列的講座培訓，提升大家的軟件操作技能。本期?？怂箍抵辈ブv堂請到了Adams技術專家孫哲講師為大家帶來Adams Car系列講座第一講——車輛動力學建模。通過對車輛動力學建模中的常見模塊 (懸架、轉向、車身、輪胎等)演示講解，并配合操作視頻，幫助初學者快速入門。滿滿干貨精彩不容錯過，趕快報名吧！
一指之力就能推倒摩天大廈？顯式動力學仿真揭秘“多米諾效應”
就是仿真軟件。本著“萬物皆可仿真”的原則，小編咨詢了仿真工程師，了解到“多米諾骨牌”可以用CAE軟件的“顯式動力學”模塊來模擬。
下面我們就具體來看一下，使用云道智造Simdroid通用多物理場仿真平臺的“顯式動力學”模塊，所做的“多米諾骨牌”仿真分析過程。
“多米諾骨牌”仿真分析案例
01
背景條件
幾何：在長 0.8m、寬 0.15m、厚 0.01m 的板面上放置六塊長 0.05m、寬 0.01m、高 0.09m 的長方體塊。薄板模擬地面，長方體塊模擬骨牌。
材料：六個長方體塊為線彈性材料，薄板為剛性材料。
邊界與載荷：每兩個長方體塊之間、長方體塊與板面均設置面面接觸，動摩擦系數、靜摩擦系數均為 0.2。
02 仿真開發過程
1、預定義-導入參數
2、建模
3、創建材料
4、網格剖分
4.1 映射剖分設置
4.2 掃掠剖分、源面、目標面設置
源面
目標面
掃掠剖分網格參數
5、沙漏控制
6、 創建部件
創建骨牌：選擇【分析】>【創建部件】，標簽設為“骨牌”，拾取類型為【幾何-體】，點擊六個長方體塊，單元算法選擇【一階縮減積分體單元】，材料選擇“Dom_left”，沙漏控制選擇“沙漏控制”。
創建地板：選擇【分析】>【創建部件】，標簽設為“地板”，拾取類型為【幾何-體】，點擊薄板，單元算法選擇【一階縮減積分體單元】，下面的材料選擇“板-剛性”，沙漏控制選擇“沙漏控制”。
展開 