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关于CFD的几个误解

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作为产品设计过程的一部分,计算流体动力学仿真一直以来被认为不易操作,不灵活和花费昂贵。事实上十年前这些观点就得到了确立。但过去十年CFD有了很大変化,今天的CFD软件被广泛地用。使用CFD软件,有助于企业提升产品性能,减少研发时间和降低工程费用。

   


错误观点1:CFD 很难应用于设计流程中        

这一错误观点具有一定的历史基础。如同很久以前的 FEA 代码一样,1980 年代和 1990 年代的 CFD 代码非常难用。适合特定用途的网格划分,求解数值的选择,湍流建模,实现和判断求解收敛,确保结果保真度,以及正确解读结果,所有这些工作一度只有专家才能完成。如今,设计人员只需熟悉 CAD 系统并懂得产品相关的物理知识便可使用 Clabso软件,它和行业内常用建模软件高度集成,能将Pro/ENGINEER、Autodesk Inventor,Solidworks ,Revit等软件生成的模型提取并使用。


CAD模型嵌入Clabso软件效果图

错误观点2:设计流程中使用CFD会耗时过长        

CFD 最耗时间的部分一直是网格划分过程。这一过程需要进行大量的手动干预,方能消除缝隙和重叠,减小偏斜度、纵横比和翘曲量,以及控制个别单元的体积(单元与相邻单元的尺寸比率、最小的单元尺寸和网格分布),从而实现可接受的网格质量。由于设计总会涉及到几何形状的变更,所以每次设计迭代都要重复这种半手动流程。现在,通过Clabso软件,所有这些步骤都已实现完全自动化,对流体流动仿真可以直接使用原始 3D CAD 数据,无需转换或复 制。设计变更产生的新部件和特征可以在几分钟之内完成网格划分,大幅缩短了分析所需的时间。


飞机网格划分图


错误观点3:CFD太昂贵,设计人员用不起        

过去另一个限制CFD广泛使用的因素是CFD软件的价格。传统CFD软件租用一年的价格为25,000美元。绝大多数公司雇佣专业分析人员使用CFD的成本更高。由于CFD软件要求用户对计算流体动力学方面有深入的了解,所以在过去各种CFD软件需要分析专家来使用,时至今日还有很多软件有这方面的要求。为了掌握不断升级的软件,培训这些专家需要耗费很多时间。此外,过去的CFD软件也对专业的硬件有要求,例如超级计算机可以保证合理的求解计算时间。


   
                  云平台服务器                                                                 

     

Clabso软件在产品设计过程中使用大减少了运行软件的成本设计工程师只需稍加培训便能使用Clabso软件,因此可进一步降低拥有成本消除了使用对分析专家的依赖。软件在设计工程师熟悉的CAD环境中运行,并且不需要用户对CFD有深入的理解;客户无需购置高性能计算机,只需将软件运行在个人电脑,甚至是便携式计算机上,采用云平台计算,按需索取计算资源,节省用户使用成本。


错误观点4:不能直接将CAD模型用于CFD分析        

过去为了创建 CFD 模型,必须要将 CAD 模型复 制或转换到其他程序,然后进行大幅修改。许多人发现,一开始就在 CFD 程序中重建几何形状要更为可靠且省力,尽管这样做需要付出相当多的时间,并且可能引入其他严重误差源。


使用Solidworks 模型图

如今,原始 3D CAD 数据可以直接用于Clabso软件进行流场仿真模拟,无需转换或复 制,所有基于仿真结果的设计改变均在CAD系统中完成。不需要创建描述流体区域的物体。流动边界条件被直接定义在CAD模型上,并且和其他数据一起管理。由此,原始的CAD模型不需要修改就可以用于CFD分析。


   

转换至Clabso模型图


错误观点5:获得精确CFD仿真结果需要专家        


这个错误观点在一定程度上仍然适用于传统 CFD,其是 CFD 领域内广泛存在的错误观点1 的有力支持,因为要获得并维持高熟练度,需要投入几乎全部时间。有趣的是,对于任何现实的复杂工业问题,任意两位专家总是会得出不同的仿真结果。关于谁的结果最好,他们一般会有分歧。这就摧毁了“专家分析不可少”论点 —— 即需要专家来检查非专家得出的结果的最后一道防线。


       


Clabso软件降低了对仿真专业知识与经验的要求,工程师可以通过软件中提供的自动化,软件开发人员的数值和物理建模专业知识与经验可以为设计工程师所用。仅输入对所描述的问题需要知道的信息:边界条件、材料等,然后便可将其直接应用于 CAD 系统中的原始 3D 几何形状。这样,非仿真专家也可获得可靠、可重复、高质量的仿真结果。相比于其他的CFD软件,Clabso软件的设计理念就是让使用者抛开复杂的CFD知识,用户只需要专注于产品设计参数,经简单培训就能熟练使用Clabso软件。


   

如今,设计流程大多都融入了DOE。所谓DOE,就是通过对产品质量、工艺参数的量化分析,发掘关键因素,根据实际需求设计实验步骤,通过对关键因素的试验分析,获取最优方案,从而使产品质量得以提升,工艺流程最优化。

   



Clabso 软件除了上述这些特征以外,还集成了实验设计流程,便于参数化设计。这也使工程师得到可靠结果,并基于这个仿真结果提高产品性能和缩短产品研发时间成为可能。另外,Clabso 软件强大的可视化工具,完全渲染的模型,3D流体动画及温度、流动模拟结果动态演示工具,使得工程师可以准确的找到换热和通风问题所在,快速高效地改进设计。贴图和视频输出功能使得与非技术背景同事及客户的交流变得直观有效。

来源:中源广科CLABSO
湍流SolidWorks材料控制InventorRevit渲染试验
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首次发布时间:2022-11-21
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中源广科CLABSO
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