一维流体系统仿真平台Flowmaster简介

简介工程师：张海军上海海基盛元信息科技有限公司Flowmaster易用性及平台Flowmaster典型应用示例Flowmaster公司及软件介绍Flowmaster专业版一维CFD仿真工具——Flowmaster军用的原始代码—逐渐进入民用—最初的CFD软件出现—通用的CFD软件出现—用于各种专业方向的CFD软件出现（燃烧、旋转机械等）。于此同时CFD软件的发展又有另一条道路：一维CFD软件，用于处理系统级的，包含各种元件以及各种复杂度的仿真需求。3CFD仿真工具的发展计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)是当代迅速发展的一门学科，是利用高速计算机求解流体流动的偏微分方程组，目的是为了更好的从定性上和定量上了解流体流动的物理现象，改进设计的一门学科。目前在航空航天、造船、气象、海洋、水利、液压和石油化工等工程领域都有广泛的应用。4三维CFD模拟一维流体系统仿真一维CFD仿真工具5DLPNozzlesNozzlesFireMonitorDelugeValvePrimingPipeNozzlesNozzlesFireWaterSystemNozzlesNozzlesNozzlesNozzlesFireWaterPump636261605958575655545352515049484746454443424140393837363534333231302928272625242322212019181716151413121110987654321123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525455565758596061626364656667686970717273747576777879808182838485868788909192压力,温度&流量等等参数的预测稳态分析，瞬态分析，换热分析不可压缩流体，可压缩流体液体，气体，空调系统部件的评估任意规模及复杂度的系统Flowmaster是面向工程的流体系统仿真平台，广泛应用于能源动力、航空航天、汽车、船舶等行业的各类流体系统。一维CFD仿真工具——Flowmaster6Flowmaster——背景简介•1984~2012–FML成立，总部设在英国，在全球21个国家和地区有办事处和研发机构–超过120技术工程师，近30年的软件研发及全球范围内的工业应用实践–专注于Flowmaster这一款软件的研发–通过ISO9001认证，年营业额的1/4作为研发投入–全球用户超过1500家，2000多个使用许可•2012~–与Mentor强强联手–机械分析（MechanicalAnalysis）HVAC电子冷却流动、传热，通用CFD分析热瞬态测试–电子产品设计ICPCB–4500名员工，超过70家分公司与办事处–$1BWilsonville,OregonU.S.A.7Flowmaster——软件研发历史及其资质•Flowmaster＝计算工具＋数据库1968到1971，D.S.Miller为英国流体力学研究协会（BHR）首席主管专家，研究主要包括两方面的内容：1、收集、解释现有的系统内流损失数据；2、对大量流体系统部件进行试验，得到可靠的流动损失数据。1978，Miller出版了《InternalFlowSystems》一书，该书包含了大量的试验设计及原始数据，在此基础上为系统内流设计提供了详尽的设计指导方案。1981，BHR开始开发一款系统内流计算的商业软件，集成试验所得到的全部超过10000小时的数据以及Miller先生的经验数据。1987，Flowmaster正式投入市场，至今20多年的流体系统仿真咨询的成功经验，成为该领域的领导者。8建立完善的用户数据库Flowmaster——完备的数据库9Flowmaster——便捷的自定义专有特性曲线11类型完备的管道、弯管、三通、阀门、泵、风机、换热器、空调系统元件、稳压器、油箱、弹簧、质量套筒、热桥、控制元件……，共计400多个族类能够便捷的自定义专用元器件，满足工业应用的仿真需求Flowmaster——常用元件示例12Flowmaster易用性及平台Flowmaster典型应用示例Flowmaster公司及软件介绍Flowmaster专业版一维CFD仿真工具——Flowmaster13Flowmaster——建立流体系统网络模型14Flowmaster——系统流量分配（m3/s）15Flowmaster——系统压力分配（KPa）16Flowmaster——系统瞬态特性17阀门瞬间关闭气穴捕捉Flowmaster——分析水锤现象，预测汽蚀18换热发生在计算网络的流体之间管道壁面的换热分析热量在某一离散点输入或者输出瞬态换热以及热量在元件中的蓄存同种流体的混合温度对流体物性的影响Flowmaster——换热分析19流体配平分析给定流量设计要求反向求解部件尺寸数据Flowmaster——系统元件尺寸优化设计20求解得到的节流孔径配置给定的流量设计要求Flowmaster——系统元件尺寸优化设计21系统中液体填充过程的模拟Flowmaster——填充分析22FillingupProcessofpipe45Fillingupprocessofpipe37Fillingupprocessofpipe37FillingupProcessofpipe45Flowmaster——填充分析23Flowmaster——泵站供水系统24Flowmaster——冷却水系统25PID控制压力波捕捉PID控制阀Flowmaster——可压供气系统26Flowmaster具备丰富的通风系统元件库，例如通气槽道、风机、接头、驻点风压等对于多层建筑的大型通风系统，Flowmaster能够轻松的进行建模和模拟，帮助设计人员确保通风系统的合理配置Flowmaster——通风系统27Flowmaster——消防系统28价值•在设计初期精确模拟空调系统的特性，节省成本•开展想定分析评估空调系统元件•在研发过程中催生新的设计理念空调系统元件功能•通过完备的元件、冷却剂以及特性数据模拟空调系统•瞬态与稳态分析•任意流体工质均可流过换热器•基于几何与特性的换热器模型Flowmaster——空调系统压焓图29空调系统仿真可以预测：•性能•能耗•冷却剂的温度Flowmaster——空调系统示例Flowmaster易用性及平台介绍Flowmaster典型应用示例Flowmaster公司及软件介绍Flowmaster专业版一维CFD仿真工具——Flowmaster31Flowmaster——便捷的操作•中心树结构、完全windows操作32快捷实现元器件替换分析者视角组合的元器件涡轮增压器设计者视角封装复合元件元件对于标准的以及常用的子系统，可建立自定义子系统库重复利用，无需重建Flowmaster——便捷的操作33必须输入可选参数不必输入智能化数据输入自定义元件库自定义元件及数据项Flowmaster——便捷的操作34Flowmaster——便捷的操作图层管理35生成计算报告①对不同方案的参数变更，可自动追踪②对于仿真结果，能自动生成计算报告，并存贮为word、pdf等格式Flowmaster——便捷的操作36Flowmaster——平台基本架构38•仿真数据的集中管理–捕获相关仿真数据并存贮在同一个数据库之中•联合仿真–支持COM、MpCCI、.NET、XML接口–与Matlab、Star-CD、AnsysFluent、Excel等已有完备接口–可开发与PDM/SDM/TDM平台的接口Flowmaster——软件集成39CodeAPIResearchCodes,InhouseCodesFLUXPERMASMSC.MARCInpreparation:•ESI-ACE+•STAR-CCM+•MSC.Nastran•NumecaFlowmaster——多物理场耦合接口Flowmaster易用性及平台介绍Flowmaster典型应用示例Flowmaster公司及软件介绍Flowmaster专业版一维CFD仿真工具——Flowmaster通用版汽车版航空版燃气涡轮机版能源电力版42Flowmaster——专业版43Flowmaster——汽车版44Flowmaster——发动机冷却系统发动机冷却系统软件中提供了冷却系统的标准元件，如水泵、节温器、软管、散热器、用户自定义冷却液、换热器、冷却风扇等提供了发动机标准冷却液的数据库•不依靠CAD数据•依靠CFD模拟冷却系统，时间花费太长45Flowmaster——空气侧系统对空气侧和冷却包进行三维显示解决不同几何形体之间的热交换对多种结构的冷却包进行快速的假定分析三维显示边界条件的分布情况，如变化的温度和流速降低成本——不需要昂贵的第三方空气侧系统仿真工具46Flowmaster——空调系统空调进气环境空气冷凝器干燥器压缩机进气热力膨胀阀蒸发器47Flowmaster——排气系统模型可以在不同的工况下进行分析，得到系统的压降、流量和其他参数排气系统的背压对发动机发动机的性能、扭矩和燃油消耗量的影响管道、弯头、膨胀和收缩部分、Y型部分、消声器和催化剂48Flowmaster——燃油喷射系统49Flowmaster——润滑系统50Flowmaster——整车热管理VTM专业解决方案利用1D车舱模型可以对汽车进行定性分析1D与3D耦合分析，共同优化系统性能20406080100681012141618t[hr]T[°C]Q15408座椅20406080100681012141618t[hr]T[°C]Q37223梁20406080100681012141618t[hr]T[°C]Q52606方向盘20406080100681012141618t[hr]T[°C]cabine气温20406080100681012141618t[hr]T[°C]20406080100681012141618t[hr]T[°C]仪表板通用版汽车版航空版燃气涡轮机版能源电力版51Flowmaster——专业版52Flowmaster——航空航天版53•Flowmaster具有Priming填充求解器，可模拟向空油箱中加油的过程，能够考虑油箱及管道内气体对加油过程的影响。Flowmaster——地面、空中加油54Flowmaster——供油、输油系统55Flowmaster——燃油通气与增压系统56环控冲压空气空气分离模块机翼中心油箱•将空气转换为氮气富集型空气(NEA)–5%NEA•注入油箱空余空间•将O2浓度降为8%•对于极端状况——如空油箱的分析Flowmaster——惰性系统57Flowmaster——环控系统58Flowmaster——防冰系统59液压元件：泵、压力调节阀、方向控件阀、液压缸、T形和Y形三通、供油管和回油管实现系统在正常及异常的运转情况下的仿真确定系统稳态和瞬态的压力损失、动态性能、零件和次系统之间的交互作用和瞬间压力峰值预测该液压系统的热性能Flowmaster——起落架系统60Flowmaster——空气制动器61可应用于飞行器饮用水系统与污水系统的设计Flowmaster——供水系统通用版汽车版航空版燃气涡轮机版能源电力版62Flowmaster——专业版63Flowmaster——燃气轮机版64Flowmaster——燃气轮机叶片冷却系统涡轮叶片冷却系统Flowmaster模型65Flowmaster——冷却与封严空气系统西门子V84.3A冷却与封严空气系统Flowmaster模型66Flowmaster——燃气