PERA SIM Fluid的案例
安世亞太自主通用流體仿真系統PERA.SIM Fluid亮點搶先看
PERA.SIM Fluid流體仿真系統是安世亞太自主開發通用仿真軟件PERA.SIM的核心模塊之一。PERA.SIM Fluid采用計算流體動力學（CFD）數值模擬技術，包含能夠精確模擬日常遇到的各種工程流動問題的求解器，提供可壓計算、不可壓計算、傳熱計算及多相流計算能力。
PERA.SIM Fluid具有完備的入口、出口、壁面條件，支持完整的計算格式及求解設置，內置強大穩健的各類矩陣求解器。PERA.SIM Fluid具有豐富的湍流模型，提供壓力基及密度基求解器，支持可壓/不可壓計算、瞬態/穩態計算、多區域/介質/共軛傳熱與輻射/浮力模型計算。
PERA.SIM Fluid進行某型導彈氣動計算
功能特色
（1）完備的入口、出口、壁面條件
針對入口、出口邊界，PERA.SIM Fluid支持各類不可壓/可壓、湍流、傳熱和浮力模型下的邊界設置，支持各坐標系/各種情況下的壓力，速度，流量輸入。
PERA.SIM Fluid支持各類流動、湍流、傳熱和運動、滑移情況下的壁面相關功能與設置輸入。
（2）完整的計算格式及求解設置
PERA.SIM Fluid支持多種離散格式，包含時間項格式、對流項格式、梯度格式、限制器格式和壓力或密度插值格式等。支持多類求解算法設置，包括算法殘差、松弛因子、初場初始化和求解時間步長設定方法等。
（3）內置強大穩健的各類矩陣求解器
PERA.SIM Fluid提供各類主流經典的適合有限體積法的矩陣求解器，包括對角求解器、代數多重網格求解器、預條件雙共軛梯度求解器、預條件雙共軛梯度穩定求解器、預條件共軛梯度求解器和光滑求解器等。
展開 PERA SIM Fluid在電子散熱冷板熱仿真中的應用
導讀：本文基于安世亞太公司自主研發的高級通用流體CFD軟件PERA SIM Fluid，對某逆變器所用的水冷板進行熱仿真CFD計算（包括模型處理、網格劃分、求解設置及后處理顯示）。
本案例主要講解了以下內容：
• PERA SIM Fluid豐富的CAD接口；
• PERA SIM Fluid對冷板模型的多種網格處理方式；
• PERA SIM Fluid網格的顯示及質量檢查；
• PERA SIM Fluid求解計算的相關設置；
• PERA SIM Fluid的后處理顯示。
具體的操作步驟如下：
一、模型處理
1）導入模型
PERA SIM Fluid可以導入市面上主流的多種數據格式的CAD模型，如圖1所示。
將水冷板的CAD模型導入后，PERA SIM Fluid自動根據模型本身的幾何特征，形成點、邊、面特征，并對不同的面賦予不同的顏色，面的顏色與其名字所顯示的顏色完全一致，非常方便用戶對模型進行檢查，如圖2所示。用戶可以在模型樹下點擊勾選以隱藏/顯示對應的特征。
圖1幾何導入接口
圖2 導入水冷板模型
2）建立、封閉冷板進出口邊界
PERA SIM Fluid提供了多樣化的前處理工具。對于此水冷板的CFD仿真計算而言，需要建立冷板進出口邊界，并抽取其內部的流體空間模型，以建立共軛傳熱數值計算的完整流體模型。點擊主菜單的幾何面板，設置選擇模式為選擇邊，分別選擇進出口邊，點擊創建面按鈕，即可建立邊界面模型。
選擇水冷板的入口面模型，鼠標右鍵菜單中選擇“Move to Group移動到組”，或者點擊主菜單的移動到組命令，在左側的屬性面板中輸入新的名稱in，點擊移動，完成進口邊界的建立。
展開 自主仿真|基于PERA SIM Fluid的高速列車氣動阻力分析
圖10 收斂曲線
將PERA SIM Fluid計算結果與成熟商用CFD軟件計算結果對比，兩款軟件計算的流場分布趨勢基本一致，總阻力偏差約為2.78%。
表1 計算結果對比
PERA SIM Fluid提供了豐富的后處理工具，可以創建切面/切片、等值面、云圖、矢量圖、流線圖、曲線、圖表、動畫等圖形對象，還具有場變量積分運算功能。
流線：
截面速度場對比：
表面壓力場對比：
3.結論
本文基于PERA SIM Fluid通用流體分析軟件，分析了高速列車的氣動特性，實現了幾何模型處理、網格劃分、材料參數設置、模型和邊界條件設置、求解設置、計算以及結果后處理的完整分析流程，驗證了PERA SIM Fluid強大的前后處理功能以及求解器穩健快速的收斂特性，并與成熟的商用CFD軟件計算結果對比，流場結果分布基本一致，氣動阻力的相對偏差小于3%，計算精度高。
作者：沈陽安世亞太科技有限公司 王鑫鑫
展開 自主CAE | 基于PERA SIM Fluid的船體靜水阻力仿真
PERA SIM Fluid支持本地并行計算，可大幅提升計算效率。
圖14 局部初始化
圖15 計算設置
計算結果分析
PERA SIM Fluid提供了全面的后處理功能，可以提取點、線、切割面、切割體、流線、等值面、動畫等結果，也具有創建圖表、自定義函數等功能創建針對特定問題的物理量。
圖16 船體近場流線
為了驗證PERA SIM Fluid計算結果的準確性，使用成熟商用CFD軟件、相同的工況條件進行了對比計算。
1）開始階段
圖17 船首和船尾自由液面分布
對比船首和船尾水相體積分數分布，可以看到PERA SIM Fluid對液面的捕捉具有較高的精度。
圖18 自由液面高度和液面速度分布
選取VOF=0.5的等值面，與國外軟件相比，液面高度和速度分布也一致，隨著船的航行，船行波開始形成。
2）穩定階段
達到穩定階段后，波形趨于穩定，船首和船尾的興波作用最強，并且興波不斷擴散形成近扇形區域。
圖19 自由液面分布
圖20 自由液面高度
圖21 自由液面速度
對穩定階段的阻力值進行平均，獲得船體的總阻力并與國外軟件進行了對比，偏差為5.72%。
展開 
基于PERA SIM Fluid的迷宮閥流動特性分析
PERA SIM Fluid支持本地和遠程并行計算，設置合理的并行核數求解計算。
圖8 求解參數設置
3.計算結果分析
PERA SIM Fluid提供了全面的后處理功能，可以提取點、線、切割面、切割體、流線、等值面、動畫等結果，也具有創建圖表、自定義函數等功能創建針對特定問題的物理量。
圖9 迷宮式調節閥速度流線圖
為了驗證PERA SIM Fluid計算結果的準確性，使用成熟商用CFD軟件、相同的工況條件進行了對比計算，計算對比結果如下。
圖10 PERA SIM計算結果
圖11 成熟商軟計算結果
由速度、壓力分布云圖可以看出，PERA SIM Fluid與成熟商軟的計算結果基本一致：當流體流經過流面積驟縮流阻較大的迷宮流道時，壓力逐級降低，部分壓力水頭轉化為速度水頭，速度逐漸增加，剩余的壓力水頭被迷宮流道的阻力損失耗散；當流體流出迷宮流道時，在過流面積較大的閥芯腔內部發生了匯流對沖能量耗散，速度降低。
圖表為兩款軟件計算壓力值的對比，偏差為3.6%。
5.結論
本文基于PERA SIM Fluid軟件，對迷宮式調節閥進行了流動特性仿真，實現了從幾何模型處理、網格劃分、模型和邊界條件設定、求解及計算結果處理的完整分析流程，驗證了軟件對不可壓縮流體流動問題的處理能力。與成熟CFD軟件進行了結果對比，壓力、速度場的分布一致，壓力數值的偏差為3.6%，保證了良好的計算準確性。
作者：安世亞太工程師 田童
展開 自主CAE | 基于PERA SIM Fluid的汽車油箱加注過程仿真（含免費培訓）
0.摘要
本文基于安世亞太自主研發的PERA SIM Fluid流體仿真軟件，對某款汽車油箱瞬態的加注過程進行了數值仿真，獲得了油箱內的液位高度隨時間的變化特性，驗證了國產仿真軟件PERA SIM Fluid在多相流仿真領域的適用性和可靠性。
關鍵詞：油箱加注；VOF；PERA SIM Fluid
2024年5月15-16日，安世亞太大咖慧推出汽車行業專題仿真專題免費線上培訓，專題講座包含：基于PERA SIM Fluid的汽車電池包熱分析、基于PERA SIM Mechanical的汽車車門有限元建模及模態分析，精彩內容，不可錯過！
專題課每天1講，每講包括課程講解和答疑兩個部分，歡迎感興趣的用戶預約下方視頻號報名聽課。
1.引言
在汽車油箱的加注過程中，管內的汽油流速比較快，如果油箱設計不合理的話，油箱中的空氣不能及時排出，油箱內的壓力會快速升高，導致出現“提前跳槍”或“燃油反噴”等現象。傳統的油箱設計中通過反復臺架試驗或實車試驗的方法來改進設計，但這樣會延長開發周期，增加開發成本，而且在試驗過程中也很難觀察到燃油在加油管內的詳細流動情況。利用CFD（計算流動動力學）仿真軟件對油箱加注過程進行仿真，可以直觀地看到燃油在加油管內的流動情況，并迅速確定出現問題的部位及原因，為優化設計提供依據。
在分析中，油箱中存在兩種流體，一種是燃油，一種是空氣，且假設兩種流體均不可壓縮。在重力作用下，氣液兩相之間呈現出明顯的相間界面，使用多相流模型中的VOF（Volume of Fluid）模型追蹤液面隨時間的變化。
VOF模型是一種在固定的歐拉網格下的表面跟蹤方法。當需要得到一種或多種互不相融流體間的交界面時，可以采用這種模型。
展開 基于PERA SIM Fluid攪拌器單相流場仿真分析
圖5 截面速度云圖及矢量圖分布
5.結論
本文利用國產自主仿真軟件PERA SIM Fluid對雙槳攪拌器內的單相流場進行了快速仿真分析，得到了當前工藝參數下的槳葉扭矩和攪拌器內的流場結構特性，為攪拌器設計（槳葉選型設計/擋板參數設計）及工藝參數優化提供參考。
可以看出，作為一款自主研發的國產流體仿真軟件，PERA SIM Fluid在攪拌器單相流場計算過程中，能很好地完成幾何模型定義、網格劃分、材料定義、邊界設置、分析求解和結果查看全過程，仿真流程完善，收斂性好。
作者：安世亞太工程師 鄒劍峰
展開 自主仿真 | 基于PERA SIM Fluid逆變器熱分析
5.總結
本文以國產自主研發的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid，對逆變器發熱與散熱進行了熱仿真分析流程，得到了逆變器模組在額定工況下整體的溫度分布與最高溫度位置以及外部對流換熱強度，為逆變器模組現有設計的驗證與后續產品的優化設計提供了一定的參考信息。
綜上可得，作為國產自主研發的通用流體仿真軟件，PERA SIM Fluid在計算逆變器溫度場的過程中，能完整地對模型進行材料定義、網格劃分、流體通用物理模型設置、分析求解和仿真結果可視化與數據處理。整體流程簡單易用，流程完整且高效。
作者：上海安世亞太 高征宇
展開 自主CAE|基于PERA SIM Fluid的汽車電子水泵分析
4.5 求解計算
計算開始后，通過殘差曲線和監測曲線來查看計算的收斂情況，采用6核計算的情況下，PERA SIM CFD在迭代至371步時，殘差達到收斂標準0.001，監測的轉輪扭矩、進出口壓力趨于平穩，波動值均小于0.001，計算收斂。
5.計算結果分析
通過仿真分析的監測曲線可以直接輸出部分關注的分析結果，如葉輪扭矩、進出口總壓差、揚程等。
通過云圖、矢量圖、流線等方式對仿真結果進行可視化的分析：
根據仿真分析結果輸出水泵葉輪Span方向的截面速度、壓力云圖；
根據仿真分析結果輸出水泵葉輪Span方向的速度矢量圖，方便評估葉輪流道及蝸殼段的流動狀態；
根據仿真分析結果輸出水泵的流線圖；
根據仿真分析結果輸出離心泵葉輪、蝸殼表面壓力云圖。
6.結論
本文利用通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid，對汽車電子水泵進行了網格前處理與流場求解計算，并通過云圖、矢量圖、流線等方式對仿真結果進行可視化分析。通過對泵的定性和定量分析，進行求解方法的控制和輸出參數的監控，最終得到關注的性能結果。
可以看出，作為一款國產自主研發的通用流體仿真分析工具，PERA SIM Fluid在泵仿真過程中，能完整地對模型進行網格劃分、材料定義、物理設置、分析求解和后處理分析，流程完善，能夠完成通用旋轉機械CFD仿真，從而滿足大量旋轉機械行業客戶的需求。
作者：安世亞太工程師 周朦佳
展開 雨生百谷，自主釀造 | PERA SIM高級CFD網格劃分技術
PERA SIM.Fluid前處理—抽取管道內部流體區域
PERA SIM.Fluid前處理—生成外流場計算區域
邊界條件的指定
PERA SIM.Fluid前處理模塊可以對模型內相應的邊界條件進行指定，對不同的邊界條件進行分離，然后建立Group組，并對不同的邊界條件進行重命名。
PERA SIM.Fluid前處理—邊界條件的指定
Wrapper包面技術
PERA SIM.Fluid網格技術有全局的網格尺寸參數設置，也可以基于每個face或edge單獨設置網格尺寸參數，還可以基于density box的空間網格加密，網格尺寸控制手段比較豐富。
PERA SIM.Fluid前處理—Wrap包面網格技術
PERA SIM.Fluid—四面體及多面體網格技術
PERA SIM.Fluid的網格工具可以在生成的表面網格基礎上進行編輯，可以對node、edge和face單獨進行操作，包括添加/刪除、合并、光順、移動等操作，功能比較豐富。但是如果表面網格是使用基于幾何拓撲的方式得到的話，編輯表面網格后是無法生效的，因為在生成體網格的時候會自動退回到幾何拓撲開始，編輯的表面網格不會被記錄。需要把幾何模型刪除掉，切換到基于表面網格的體網格劃分流程才行。
展開 如何快速獲得PERA SIM高級CFD網格劃分技能？
查看生成的體網格
PERA SIM.Fluid前處理模塊具有多種網格質量的檢查和評價標準，包括網格的體積、長寬比、正交質量、扭曲度等。下圖展示了當前體網格的正交質量標準，可以看到最低的網格質量大于0.05，滿足流體求解器的計算要求。
體網格的正交質量標準
通過本案例中展示的使用PERA SIM.Fluid前處理模塊對三通管共軛傳熱模型網格劃分的詳細操作流程，可以看出PERA SIM.Fluid的前處理模塊既可以對CAD模型進行修復處理，也具有優秀的網格劃分控制功能，能夠生成多種類型的體網格并對網格質量進行檢查，最終為PERA SIM.Fluid流體求解器生成高質量的CFD網格。
展開 
自主仿真 | 基于PERA SIM的水泵流場仿真分析
本例僅能展示PERA SIM Fluid流體分析軟件的部分功能，還有很多功能有待感興趣的工程師進一步地嘗試開發。
作者：安世亞太流體高級工程師 陳瑞
自主CAE | 基于PERA SIM的電池液冷散熱仿真分析
本例僅能展示PERA SIM Fluid流體分析軟件的部分功能，還有很多功能有待感興趣的工程師進一步地嘗試開發。
作者：安世亞太高級流體工程師 陳瑞
自主CAE | 基于PERA SIM的電子封裝熱分析
5.2 計算結果
計算完成后，通過PERA SIM Fluid可直接進行后處理分析，監測曲線可以輸出部分關注的分析結果，如監測點溫度、速度等。也可以通過云圖、矢量圖、流線等方式對仿真結果進行可視化的分析：
圖3 切片速度云圖
圖4 切片溫度云圖
圖5 封裝表面溫度云圖
從以上的分析結果可以得知，在此功耗條件下，封裝表面溫度最大在44.8℃左右，其中左上角處芯片表面溫度最高。由于芯片位置、熱耗以及自然對流作用影響，周圍空氣會帶走一部分熱量，使得芯片整體呈現出上半部溫度高，底部溫度低的溫度分布特征。
6.結論
本文用國產仿真軟件PERA SIM Fluid對電子封裝模型進行了溫度場、流場分析，得到了自然對流條件下封裝表面溫度分布，為芯片封裝設計和電子產品制造開發提供了一定的參考信息。
可以看出，作為一款國產仿真軟件，PERA SIM Fluid支持耦合換熱方面的計算，能幫助分析封裝級流動換熱問題。從模型修復、網格劃分、材料定義到分析求解和結果后處理，功能完善，計算分析流程完整。
作者：安世亞太工程師 鄭哲輝
展開 基于PERA SIM的導彈外流場數值仿真計算
本文基于安世亞太自主開發的PERA SIM.Fluid流體仿真軟件，對某型號導彈的外流場進行了數值模擬計算，得到了相應馬赫數下導彈外流場的壓力及速度分布。
導彈結構如下圖所示（彈體長1米）。
基于PERA SIM.Fluid流體仿真軟件，具體的仿真工況條件為：
馬赫數1.53（520.7m/s）；
AOA攻角0° ，H=0km；
無窮遠場壓力入口101325Pa。
來流假設為理想氣體；用給定的自由流馬赫數和靜態條件來模擬無限遠場處的自由流動，計算的湍流模型為k-Omega SST，其可以很好地模擬飛行器外流場的附著流動和薄層自由剪切流動，且具有良好的魯邦性和數值收斂性。
為了滿足壁面無反射邊界條件為“無窮遠”的要求，在距離壁面較遠處生成一個大圓柱，以確定導彈外流場的計算域；對應的圓柱體計算區域直徑為20m，深度為25m，其中導彈前側為5m，后側20m（以捕捉導彈尾翼的氣流特性）。對包裹后的外流場進行網格劃分，如下圖所示；由于導彈周邊的流場氣動變化比較劇烈，為了更好地捕捉其流動現象，對導彈周邊的網格進行了加密細化，網格數量約為375萬。
導彈外表面的網格分布如下圖所示。
采用上述數值模擬方法及物性參數條件，對導彈的外流場氣動特性進行了數值計算，當來流馬赫數為1.53時，AOA為0°時，其結果如下所述（M=1.53）。
展開 