一維的案例
汽車CFD仿真中的一維與三維，哪個更有意思，哪個更牛逼？
對于汽車行業的CFDer來說，一維仿真與三維仿真是我們工作中經常用到的仿真方法。也許很多人會困惑，什么是一維仿真，什么是三維仿真？為什么要CFD仿真要分成一維和三維，他們各有什么特點？對于菜鳥入門來說哪個更好？實際研發中哪個作用更大？本周我們就來聊聊CFD的一維與三維仿真。
首先解釋下什么是一維與三維的CFD仿真。一維仿真，代表變量只沿著一個空間方向變化，而在與這個方向垂直的面上均認為相等。三維仿真，則是變量在空間三個方向上都會發生變化。以一根直管道為例，認為管道每個橫截面上流速均相等，只考慮流速隨管道長度方向的變化就是一維仿真，同時考慮流速隨長度方向以及橫截面上各個半徑方向都發生變化，則是三維仿真。
從現在比較流行的V模型開發流程中可以比較容易看出一維與三維CFD仿真之間的關系。 在V流程左邊是虛擬開發階段，V流程右邊是試驗驗證階段，而一維和三維仿真則主要是在虛擬開發階段發揮作用。一維仿真側重于系統級分析，對應于V流程中的整車級分析，系統以及子系統分析，重點在于性能分析，進行關鍵零部件的選型與匹配，在項目前期，將整車目標分解至各個零部件，對關鍵零部件提出具體的性能要求。而三維仿真則側重于零部件級別詳細的開發，側重于流場詳細結構的優化。
上面講起來有些抽象，舉幾個比較實際的例子吧。
（1）整車冷卻系統仿真。一維仿真側重于冷卻系統各個部件之間的匹配，會在一維模型中搭建冷卻系統回路的各個部件模型，分析散熱器的散熱能力是否滿足要求，格柵風量是否足夠，冷卻風扇是否匹配，冷卻水泵是否滿足要求，最終關注冷卻水溫是否滿足開發要求，若不滿足要求，則從系統層面提供優化方案。另外也可以對冷卻系統的控制策略提供一些優化意見，比如風扇和水泵的控制等等。
展開 （干貨分享）新能源熱管理系統一維仿真分析
同時，一維和三維可以進行聯合仿真，將三維仿真某些計算結果或者一維仿真計算結果作為一維仿真（三維仿真）建模的輸入。在1D仿真前期階段，需要花費更多時間來校準1D模型以減少其模擬誤差。一旦建立一維模型，就可以在各種瞬態或循環條件下快速獲得仿真結果，這可以大大提高仿真效率。此外，可以通過與外部系統仿真來模擬和優化控制策略。
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展開 某電驅冷卻系統的一維及三維聯合仿真
摘 要：為提高整車熱管理系統的仿真效率和精度，文章以某電驅冷卻系統為例，采用一維及三維聯合仿真的方式，利用三維仿真獲取空氣側支路的各項性能參數，后導入一維軟件中進行計算，評估電驅冷卻支路所需的最低流量。最終確定在使用現有風扇和散熱器的情況下，電驅路流量至少需達到16 L/min才能滿足冷卻系統≤100℃的要求。
關鍵詞：熱管理;電驅冷卻;聯合仿真;
隨著混合動力技術的快速發展，行業和客戶對整車熱管理系統的要求也越來越高。目前行業內主要還是依靠試驗的方式來進行性能確認和控制策略標定，這種方式成本高、周期長，大大影響了產品開發的速度。傳統的三維仿真雖然能對局部熱管理系統進行計算預測，但是針對多系統耦合的發艙熱管理存在計算效率偏低的問題。
本文以某電驅冷卻系統為例[1]，采用一維及三維聯合仿真的方式，在僅有風扇及散熱器數模的情況下，首先通過三維仿真算出一維所需的零部件性能曲線，后在一維軟件中通過多次調整流量邊界，最終確定該系統流量達到16 L/min才能滿足冷卻系統≤100℃的要求。
1 風扇性能求解
1.1 計算目的
對風扇流場進行求解的目的是獲取風扇的靜壓-流量曲線，該曲線為FloMASTER中風扇元件設置的必要性能曲線，表示空氣通過風扇后壓力的升高值與通過風扇的流量之間的關系。因此，在僅有風扇數模的情況下，可以通過三維仿真軟件PumpLinx計算風扇的靜壓及流量數據，將其作為數據輸入，聯合一維仿真軟件進行空氣側系統的整體求解。
1.2 計算邊界及模型
空氣域和轉子域的計算邊界如表1所示。其中空氣域為葉輪交界面與殼體圍成的氣體域，轉子域為葉輪交界面與葉輪圍成的旋轉氣體域。
展開 流體系統一維三維耦合仿真的一點粗淺之見（大神求放過）
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。
圖1 流體系統聯合仿真方法示意圖
一維- 三維聯合仿真，將一維計算的簡約、三維計算的直觀完美融合，是一種高效先進的流體系統計算方法，相比較任何一種單一尺度模擬仿真，主要優點如下：
1、 更為精確的邊界條件，更為精確的系統動態特性仿真結果。
2、 簡化邊界條件要求，減少邊界條件的假設以及用戶輸入參數的錯誤。
3、 更為精確的仿真結果 。
展開 
：一維異質納米電池材料
在諸多納米材料中，一維納米材料由于其高的長徑比，擁有許多獨特的優異性質，如易于構成三維交聯網絡來緩沖形變、易于構筑各類微納器件、擁有更有利的內應力分布等等。然而，單一成分的電極材料難以兼顧離子/電子的高效傳輸以及在電化學環境中保持穩定。因此，設計開發功能型的一維異質納米電池材料可以得到更優的電化學性能。
【成果簡介】
近日，Accounts of Chemical Research在線發表武漢理工大學麥立強教授團隊綜述 “One-Dimensional Hetero-Nanostructures for Rechargeable Batteries”。該文系統地總結了麥立強教授課題組關于一維異質結構納米線電極材料的工作，并結合當前的研究進展，闡述了該類材料的制備策略和性能優化機制（如下圖），并對其今后的發展方向和策略提出了見解和展望。
【圖文導讀】
在本篇綜述中，作者歸納了異質結構納米線的合成策略，主要分為成核生長、沉積和熔融-成型三類，并詳細闡述了各類策略的化學原理，討論了他們的優勢和劣勢及適用范圍。1）成核生長法的化學條件較為容易達到，一般為高溫高壓的溶液環境，對于能自發沿一維方向生長的部分過渡金屬元素非常適合。2）沉積法適用于構造多種功能型的表面層狀結構，需要先獲取能在沉積的化學環境下穩定存在的一維納米結構基底。3）熔融-成型法也是一種合成一維異質結構的有效手段，先將材料熔融成流體，再通過模板鑄造成一維結構并凝固，以物理過程主導，也能伴有化學反應發生，可以用于難以通過化學手段合成的材料。
展開 整車熱管理的一維與三維耦合仿真
同時建立了三維整車熱管理數值模型和發動機及其冷卻系統的一維數值模型。發動機艙內流場及其換熱特性三維仿真獲得的對流換熱系數和換熱量,可用來在發動機及其冷卻系統的一維仿真中算出冷卻系各部件的溫度;這些又可作為三維仿真的邊界條件,去更新發動機艙的熱流特性。如此反復迭代直至收斂。這樣的一維和三維耦合仿真分析,為樣機制造前整車熱管理的仿真提供了一種有效的方法
整車熱管理的一維與三維耦合仿真.pdf
samcef 一維建模
Samcef Rotors最大的優勢之一是有非常強大的建模功能，以滿足不同層次的需求。用戶可以根據需求選用不同規模度和復雜度的模型進行建模和分析求解。比如在大量參數需要調整的初始設計階段，可采用一維模型；在詳細設計階段，可采用包含部件詳細幾何信息的完全的三維模型進行分析求解。同時，Samcef Rotors具有獨特的二維傅里葉多諧波單元，可以構建二維模型，可以包含各種非線性的效應，包含彎曲、扭轉以及彎扭耦合效應等，達到精度和效率的最佳平衡。
循環對稱模型也是Samcef Rotors獨特的優勢，只需構建旋轉機械一個扇形，就可以進行整個三維模型的求解。甚至Samcef Rotors里還包含多級循環對稱模型，比如第一級是120個扇形重復、第二級是200個扇形重復、第三級是90個扇形重復，包含可以是不同的角度，Samcef Rotors都可以進行精確求解。
最后，Samcef Rotors還支持混合建模方式，上述所有的建模方式都可以混合使用。
附件為samcef的一維建模實例操作。
samcef 一維建模.pdf
展開 CFD專欄丨氣體存儲一維CFD仿真
搭建一維CFD模型模擬氣體充放過程， Generic Fixed Volume模擬固定容積的罐體，Orifice模擬孔板，采用真實氣體模擬氦氣的熱力學狀態變化。
小排量摩托車發動機的功率輸出及進排氣管噪聲的一維仿真技術
在此文中,利用一維仿真技術將三維的進排氣系統轉化為一維模擬計算,建立了一維仿真模型來對小排量摩托車發動機的輸出功率和進排氣噪聲進行以為模擬仿真研究。對于不同排量及不同冷卻系統的發動機,只需將計算模型中的邊界條件做相應改動,就可以算出精確的功率輸出
小排量摩托車發動機的功率輸出及進排氣管噪聲的一維仿真技術.rar
一維線彈性應力波在有限長桿中傳播（一維應力波模擬仿真；應力波在桿中傳播；應力波基礎；固體中的應力波） ￥49.99
一維線彈性應力波在有限長桿中傳播（應力波基礎；固體中的應力波）
波動是一種常見的物質運動形式。波動是質點群聯合起來表現出的周而復始的運動現象。其成因是介質中質點受到相鄰質點的擾動而隨著運動，并將振動形式由遠及近的傳播開來，各質點間存在相互作用的力。在可變形固體介質中，對力學平衡狀態的擾動表現為質點速度的變化和相應的應力、應變狀態的變化。由于可變形介質的特性，當固體中的某些部分受到擾動因而處于力學上的不平衡狀態時，固體中的其他部分需要一定的時間才能感受到這種不平衡。當固體發生振動時，這種因應力和應變的變化而引起的擾動以波的形式在固體中傳播。
samcef的一維建模
Samcef Rotors最大的優勢之一是有非常強大的建模功能，以滿足不同層次的需求。用戶可以根據需求選用不同規模度和復雜度的模型進行建模和分析求解。比如在大量參數需要調整的初始設計階段，可采用一維模型；在詳細設計階段，可采用包含部件詳細幾何信息的完全的三維模型進行分析求解。同時，Samcef Rotors具有獨特的二維傅里葉多諧波單元，可以構建二維模型，可以包含各種非線性的效應，包含彎曲、扭轉以及彎扭耦合效應等，達到精度和效率的最佳平衡。
循環對稱模型也是Samcef Rotors獨特的優勢，只需構建旋轉機械一個扇形，就可以進行整個三維模型的求解。甚至Samcef Rotors里還包含多級循環對稱模型，比如第一級是120個扇形重復、第二級是200個扇形重復、第三級是90個扇形重復，包含可以是不同的角度，Samcef Rotors都可以進行精確求解。
Samcef Rotors還支持混合建模方式，上述所有的建模方式都可以混合使用
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CFD專欄丨Flow Simulator案例：航空發動機燃燒室一維仿真
通過一維仿真快速評估不同燃燒室長度對燃燒效率的影響，避免“過長導致壓損過大，過短導致燃燒不充分”的困境。</li><li>燃料分級設計。模擬主燃區與補燃區的燃料分配，平衡高功率工況的穩定性和低污染排放需求。</li><li>極端條件預測。在高空低氧條件下，預判燃燒室熄火風險并優化點火策略。</li></ol><p><br></p><p><strong>? 一維燃燒室仿真的優勢與局限</strong></p><p><br></p><p><strong>優勢</strong></p><ol><li>用“分段建模”代替復雜的多維計算，每個控制體代表一個平均狀態的流動單元。計算速度比三維仿真快百倍以上，適合早期設計迭代。</li><li>系統級分析：可與整機性能模型（如壓氣機、渦輪）無縫耦合。</li><li>物理機制清晰：通過簡化模型揭示燃燒室宏觀規律（如“富油-貧油”燃燒策略的影響）。</li></ol><p><strong>局限</strong></p><ol><li>細節缺失：無法捕捉局部現象（如火焰穩定性、旋流渦結構）。</li><li>依賴經驗模型：燃燒速率、湍流混合等參數需依賴實驗或高維仿真校準。</li></ol><p><br></p><p>本期的FlowSimulator案例：航空發動機燃燒室一維仿真分享就到這里啦，下一期我們將分享更多實用功能，敬請期待。
展開 Abaqus熱流固耦合——一維熱固結問題
在這個問題中，說明了Abaqus / Standard對一維熱固結建模的能力。研究了一維全飽和土在恒定表面載荷和恒定表面溫度下的固結行為，并將所得結果與Aboustit等人的結果進行了比較。 （1985）。
問題描述
該問題可以視為與1.15.1節“ Terzaghi固結問題”的熱學對應。該部分中的討論同樣適用于此問題，此處不再贅述。圖1.15.6-1顯示了線性彈性土柱在恒定表面壓力和恒定表面溫度下的一維熱彈性固結。該列高7個單位，寬2個單位。土體底部受到約束，并且除允許自由流動的頂表面外，土體的所有側面均不可滲透。頂表面承受1單位的恒定壓力和50單位的恒定溫度。假定土壤已完全飽和。重力被忽略了。 Aboustit等人報道的材料性能。 （1985）被使用。土壤是彈性的，模量為6000單位，泊松比為0.4。土壤的滲透率為4×10-6單位，比重為1單位。由于Aboustit等。 （1985年）只使用了一組熱性質，對于固體和孔隙流體使用相同的熱性質。比熱為40單位，密度為1單位。土壤和孔隙流體的電導率為0.2單位，熱膨脹系數為0.3×10-6。
One-dimensional thermal consolidation model.
限制了所有垂直于側面的位移以強制執行一維行為。固結分析使用具有自動時間步長的瞬態土固結步驟進行。此問題的時間步進由兩個參數控制：一個參數控制溫度場時間積分的準確性，另一個參數控制孔隙流體流時間積分的準確性。孔隙流體溶液的穩定性極限為
它規定了最小時間增量。該方程式中使用的變量在《 Abaqus Analysis用戶指南》第6.8.1節“耦合的孔隙流體擴散和應力分析”中定義。所使用的網格與Aboustit等人使用的網格相同。 （1985），導致最小時間增量為0.1。
展開 JCMsuite應用：薄膜太陽能電池一維模型
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
一維系統的幾何定義和網格劃分
雖然光源、材料和項目設置與2D模型非常相似，但幾何定義和網格參數的layout.jcm(布局文件)略有不同
與2D和3D幾何定義相比，在1D設置中使用關鍵字Layout1D而不是Layout。 上面所示的文件使用了完美的電導體邊界條件，通過為邊界類權分配一個域邊界。 關于透明邊界設置和Layout1D的更多信息可以在參數參考中找到。
展開 太沙基一維固結模擬分析
新建文件夾.rar
太沙基一維固結模擬分析
1、一維飽和均質地基，土層厚度為10.0m，土層的初始空隙比為1.5，底部不排水，頂部排水，土體表面一次瞬間施加荷載為200KPa,土體為線彈性體，彈性模量為E=10MPa,泊松比為v=0.3，滲透系數為K=1*10^7m/s。水的容重為Υw=10KN/m3;
圖1 算例示意圖
2、寬度1m，高度為10.0m，矩形模型；對應空隙比為1.5，
3、荷載步設置為1e-3s；排水過程擬合為20天，荷載為200Kpa,增量步最大步設置為100，土層劃分為10層；時間步長為2000s，
4、網格
CPE4P作為單元類型，劃分尺寸為1.0，四邊形劃分
5、提交任務
圖2 網格劃分圖
6、結果分析
計算達到16.1天時，孔壓的變化率為1e-5KPa/s,可以認為達到穩定狀態，計算終止。
5.0m處孔壓的變化反應空隙壓力逐漸消散，有效應力相應的增加的過程。
圖3 不同時刻孔壓沿深度的分布
圖4 5.0m處孔壓隨時間的變化
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